JP2020511350A - Power system cooling for unmanned aerial vehicles - Google Patents
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Abstract
無人航空車両は、回転するように少なくとも１つのプロペラを駆動するように構成される、少なくとも１つのロータモータと、電力を少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、マイクロハイブリッド発電機システムとを含む。マイクロハイブリッド発電機システムは、電力を少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、機械的動力を生成するように構成される、小型エンジンと、小型エンジンに結合され、小型エンジンによって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータとを含む。無人航空車両はまた、マイクロハイブリッド発電機システムに結合するように構成される、冷却システムを含む。冷却システムは、１つ以上の板と、１つ以上の板のそれぞれから延在する、複数のフィンとを含む。冷却システムは、マイクロハイブリッド発電機システムから熱を放散するように構成される。The unmanned aerial vehicle includes at least one rotor motor configured to drive at least one propeller to rotate and a microhybrid generator system configured to provide power to the at least one rotor motor. Including. The micro-hybrid generator system is coupled to a rechargeable battery configured to provide power to at least one rotor motor, a small engine configured to generate mechanical power, and a small engine, A generator motor configured to generate electrical power from the mechanical power generated by the small engine. The unmanned aerial vehicle also includes a cooling system configured to couple to the micro-hybrid generator system. The cooling system includes one or more plates and a plurality of fins extending from each of the one or more plates. The cooling system is configured to dissipate heat from the microhybrid generator system.
Description
（関連出願）
本願は、２０１７年３月１０日に出願され“ＣＯＯＬＩＮＧ Ａ ＰＯＷＥＲ ＳＹＳＴＥＭ ＦＯＲ ＡＮ ＵＮＭＡＮＮＥＤ ＡＥＲＩＡＬ ＶＥＨＩＣＬＥ”と題された米国仮特許出願第６２／４６９，８４０号に対する優先権を主張するものであり、該出願は、その全体が参照により本明細書中に援用される。
(Related application)
This application claims priority to US Provisional Patent Application No. 62 / 469,840, filed March 10, 2017, and entitled "COOLING A POWER SYSTEM FOR AN UNMANNED AERIAL VEHICLE." Are incorporated herein by reference in their entirety.
本説明は、電力システムを冷却することに関する。 The present description relates to cooling a power system.
マルチロータ無人航空車両（ＵＡＶ）は、ロータモータと、各ロータモータに結合される、１つ以上のプロペラと、電子速度コントローラと、飛行制御システム（オートパイロット）と、遠隔制御（ＲＣ）無線制御装置と、フレームと、１つ以上の電力システムと、リチウムポリマー（ＬｉＰｏ）または類似するタイプの再充電可能バッテリ等のバッテリとを含み得る。マルチロータＵＡＶは、垂直離着陸（ＶＴＯＬ）を実施することができ、単一ロータ航空車両と類似する操縦性を伴う空中制御が可能である。 A multi-rotor unmanned aerial vehicle (UAV) includes rotor motors, one or more propellers coupled to each rotor motor, an electronic speed controller, a flight control system (autopilot), and a remote control (RC) radio controller. , A frame, one or more power systems, and a battery such as a lithium polymer (LiPo) or similar type rechargeable battery. Multi-rotor UAVs can implement vertical take-off and landing (VTOL), and are capable of air control with maneuverability similar to single-rotor aero vehicles.
本明細書に説明されるものは、無人航空車両（ＵＡＶ）によって採用される熱管理方略である。例えば、ＵＡＶは、能動的冷却および受動的冷却のうちの一方または両方をＵＡＶの電力システムの１つ以上の構成要素に提供するように構成される、１つ以上の冷却システムを含んでもよい。冷却システムは、相当な量の熱を生成する傾向がある、マイクロハイブリッド発電機システムの構成要素から熱を放散するように構成されてもよい。 Described herein are thermal management strategies employed by unmanned aerial vehicles (UAVs). For example, a UAV may include one or more cooling systems configured to provide one or both of active cooling and passive cooling to one or more components of the UAV's power system. The cooling system may be configured to dissipate heat from the components of the micro-hybrid generator system, which tend to generate a significant amount of heat.
一側面では、無人航空車両は、回転するように少なくとも１つのプロペラを駆動するように構成される、少なくとも１つのロータモータと、電力を少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、マイクロハイブリッド発電機システムとを含む。マイクロハイブリッド発電機システムは、電力を少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される、再充電可能バッテリと、機械的動力を生成するように構成される、小型エンジンと、小型エンジンに結合され、小型エンジンによって生成される機械的動力から電力を生成するように構成される、発電機モータとを含む。無人航空車両はまた、マイクロハイブリッド発電機システムに結合するように構成される、冷却システムを含む。冷却システムは、１つ以上の板と、１つ以上の板のそれぞれから延在する、複数のフィンとを含む。冷却システムは、マイクロハイブリッド発電機システムから熱を放散するように構成される。 In one aspect, an unmanned aerial vehicle is at least one rotor motor configured to drive at least one propeller to rotate, and a microhybrid power generation configured to provide power to the at least one rotor motor. Machine system. The micro-hybrid generator system is coupled to a rechargeable battery configured to provide power to at least one rotor motor, a small engine configured to generate mechanical power, and a small engine, A generator motor configured to generate electrical power from the mechanical power generated by the small engine. The unmanned aerial vehicle also includes a cooling system configured to couple to the micro-hybrid generator system. The cooling system includes one or more plates and a plurality of fins extending from each of the one or more plates. The cooling system is configured to dissipate heat from the microhybrid generator system.
実装は、以下の特徴のうちの１つ以上のものを含むことができる。 Implementations can include one or more of the following features.
いくつかの実装では、１つ以上の板は、小型エンジンに結合するように構成される。 In some implementations, the one or more plates are configured to couple to a small engine.
いくつかの実装では、板のうちの少なくとも１つおよび対応する複数のフィンは、プロペラのうちの１つの実質的に下に位置付けられる。 In some implementations, at least one of the plates and the corresponding plurality of fins are positioned substantially below one of the propellers.
いくつかの実装では、複数のフィンは、１つ以上の板から垂直方向に延在する。 In some implementations, the plurality of fins extend vertically from one or more plates.
いくつかの実装では、板は、小型エンジンに物理的に結合される。 In some implementations, the plate is physically coupled to the small engine.
いくつかの実装では、板は、発電機モータに結合される。 In some implementations, the plate is coupled to the generator motor.
いくつかの実装では、冷却システムは、インペラを備える。 In some implementations, the cooling system comprises an impeller.
いくつかの実装では、インペラは、小型エンジンに結合される。 In some implementations, the impeller is coupled to a small engine.
いくつかの実装では、インペラは、ロータモータに結合される。 In some implementations, the impeller is coupled to the rotor motor.
いくつかの実装では、板は、小型エンジンの１つ以上の排気パイプに結合される。 In some implementations, the plate is coupled to one or more exhaust pipes of a small engine.
いくつかの実装では、板は、金属から形成される。 In some implementations, the plate is formed from metal.
いくつかの実装では、フィンは、フィンの複数の群を備え、フィンの各群は、板のうちの１つの対応する表面から延在する。 In some implementations, the fin comprises multiple groups of fins, each group of fins extending from a corresponding surface of one of the plates.
いくつかの実装では、フィンは、等しく離間される。 In some implementations, the fins are equally spaced.
いくつかの実装では、各板の外周に位置するフィンは、板の表面の内部領域内に位置するフィンから離れるように扇形に広げられる。 In some implementations, the fins located on the perimeter of each plate are fanned out away from the fins located within the interior region of the plate's surface.
いくつかの実装では、１つ以上の板は、少なくとも１つのプロペラの下方に位置付けられる。 In some implementations, the one or more plates are positioned below the at least one propeller.
一般的側面では、方法は、無人航空車両のプロペラの回転を駆動するように構成されるロータモータに電気エネルギーを提供するようにハイブリッドエネルギー生成システムを動作させることであって、ハイブリッド電気エネルギー生成システムのエンジン内で機械的エネルギーを生成することと、ハイブリッドエネルギー生成システムの発電機内で、機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することと、発電機によって生産された電気エネルギーの少なくとも一部をハイブリッドエネルギー生成システムの再充電可能バッテリに提供することと、（ｉ）発電機によって生産された電気エネルギーの少なくとも一部をハイブリッドエネルギー生成システムのロータモータに提供することおよび（ｉｉ）ハイブリッドエネルギー生成システムの再充電可能バッテリからの電気エネルギーをロータモータに提供することのうちの１つ以上と、を含む、ことと、冷却システムへの熱の放散によってハイブリッドエネルギー生成を冷却することであって、冷却システムは、１つ以上の板と、１つ以上の板のそれぞれから延在する、複数のフィンとを備える、こととを含む。 In a general aspect, a method is operating a hybrid energy generation system to provide electrical energy to a rotor motor configured to drive the rotation of a propeller in an unmanned aerial vehicle, the method comprising: Producing mechanical energy in an engine, converting mechanical energy into electrical energy in a generator of a hybrid energy production system, and at least a portion of electrical energy produced by the generator in a hybrid energy production system The rechargeable battery of (1), (i) providing at least a portion of the electrical energy produced by the generator to a rotor motor of the hybrid energy generating system, and (ii) a hybrid energy generating system. One or more of providing electrical energy from a rechargeable battery to a rotor motor, and cooling the hybrid energy generation by dissipating heat to the cooling system, the cooling system comprising: Comprising one or more plates and a plurality of fins extending from each of the one or more plates.
本明細書に説明される主題の１つ以上の実施形態の詳細が、付随の図面および下記の説明に記載される。主題の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面および請求項から明白となるであろう。 The details of one or more embodiments of the subject matter described in this specification are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages of the subject matter will be apparent from the description and drawings and the claims.
本明細書に説明されるものは、１つ以上の熱管理方略を採用する無人航空車両（ＵＡＶ）である。例えば、ＵＡＶは、能動的冷却および受動的冷却のうちの一方または両方をＵＡＶの電力システムの１つ以上の構成要素に提供するように構成される、１つ以上の冷却システムを含む。冷却システムは、ＵＡＶが飛行中である、および／またはＵＡＶが地上に位置する間（例えば、飛行前、飛行後、および／または地上ベースの動作を実施している間等）に動作するように構成されてもよい。 Described herein are unmanned aerial vehicles (UAVs) that employ one or more thermal management strategies. For example, a UAV includes one or more cooling systems configured to provide one or both of active cooling and passive cooling to one or more components of the UAV's power system. The cooling system may operate while the UAV is in flight and / or while the UAV is located on the ground (eg, before flight, after flight, and / or while performing ground-based operations, etc.). It may be configured.
いくつかの実装では、ＵＡＶは、マイクロハイブリッド発電機システムによって給電されてもよい。マイクロハイブリッド発電機システムは、小型ポータブルマイクロハイブリッド発電機電源にエネルギー変換効率を提供することができる。マイクロハイブリッド発電機システムは、車両、マイクロハイブリッド発電機駆動装置、および使用される燃料の重量を克服し、ＵＡＶ用途において拡張された耐久性および有効荷重能力を提供するために使用されることができる。 In some implementations, the UAV may be powered by the microhybrid generator system. The micro-hybrid generator system can provide energy conversion efficiency to a small portable micro-hybrid generator power supply. The micro-hybrid generator system can be used to overcome the weight of vehicles, micro-hybrid generator drives, and fuel used, and provide extended durability and payload capacity in UAV applications. .
マイクロハイブリッド発電機システムは、２つの別個の電力システムを含むことができる。マイクロハイブリッド発電機システムの一部として含まれる第１の電力システムは、発電機モータに結合される、小型かつ効率的なガソリン動力エンジンであり得る。第１の電力システムは、マイクロハイブリッド発電機システムの一次電源としての役割を果たすことができる。マイクロハイブリッド発電機システムの一部として含まれる第２の電力システムは、高比エネルギー再充電可能バッテリであり得る。ともに、第１の電力システムおよび第２の電力システムは、組み合わされ、高エネルギー連続電源を形成し、ＵＡＶのための高ピーク電力可用性を伴う。いくつかの実施例では、第１の電力システムおよび第２の電力システムのうちの一方は、他方の電力システムが故障を被る場合、マイクロハイブリッド発電機システムのバックアップ電源としての役割を果たすことができる。 The micro-hybrid generator system can include two separate power systems. The first power system included as part of the micro-hybrid generator system may be a small and efficient gasoline powered engine coupled to the generator motor. The first power system can serve as the primary power source for the microhybrid generator system. The second power system included as part of the micro-hybrid generator system can be a high specific energy rechargeable battery. Together, the first power system and the second power system combine to form a high energy continuous power source with high peak power availability for UAVs. In some embodiments, one of the first power system and the second power system can serve as a backup power source for the micro-hybrid generator system if the other power system experiences a failure. .
図１は、例示的マイクロハイブリッド発電機システム１００の図を示す。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、ガソリン、ガソリンおよび油混合物の混合物、または類似するタイプの燃料または混合物を貯蔵するための燃料源１０２（例えば、容器）を含む。燃料源１０２は、燃料を第１の電力システムの小型エンジン１０４に提供する。小型エンジン１０４は、燃料源１０２によって提供される燃料を使用し、機械的エネルギーを生成することができる。いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、約１２インチ×１１インチ×６インチの寸法および約３．５ポンドの重量を有し、ＵＡＶ内への統合を可能にすることができる。いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、Ｚｅｎｏａｈ（１−９ Ｍｉｎａｍｉｄａｉ Ｋａｗａｇｏｅ， Ｓａｉｔａｍａ ３５０−２０２５，Ｊａｐａｎ）から入手可能なＨＷＣ／Ｚｅｎｏａｈ Ｇ２９ ＲＣＥ ３Ｄ Ｅｘｔｒｅｍｅであってもよい。マイクロハイブリッド発電機システム１００はまた、小型エンジン１０４に結合される発電機モータ１０６を含む。発電機モータ１０６は、小型エンジン１０４によって生成された機械的動力を使用して、ＡＣ出力電力を生成するように機能する。いくつかの実施例では、小型エンジン１０４のシャフトは、小型エンジン１０４から離れるように熱を放散するファンを含む。いくつかの実施例では、発電機モータ１０６は、ポリウレタン結合具を通して小型エンジン１０４に結合される。 FIG. 1 shows a diagram of an exemplary micro-hybrid generator system 100. The micro-hybrid generator system 100 includes a fuel source 102 (eg, a container) for storing gasoline, a mixture of gasoline and oil mixtures, or a similar type of fuel or mixture. The fuel source 102 provides fuel to the small engine 104 of the first power system. The small engine 104 can use the fuel provided by the fuel source 102 to generate mechanical energy. In some embodiments, mini-engine 104 may have dimensions of about 12 inches by 11 inches by 6 inches and a weight of about 3.5 pounds to allow integration into a UAV. In some embodiments, mini-engine 104 may be an HWC / Zenoah G29 RCE 3D Extreme available from Zenoah (1-9 Minamidai Kawagoe, Saitama 350-2025, Japan). The micro-hybrid generator system 100 also includes a generator motor 106 that is coupled to a small engine 104. The generator motor 106 functions to generate AC output power using the mechanical power generated by the miniature engine 104. In some embodiments, the shaft of mini-engine 104 includes a fan that dissipates heat away from mini-engine 104. In some embodiments, the generator motor 106 is coupled to the mini engine 104 through a polyurethane bond.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、１．８ｋＷの電力を提供することができる。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、最大２．２５ｋＷを提供し得、約１．５ｋｇの重量である小型エンジン１０４を含むことができる。いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、Ｚｅｎｏａｈ（Ｒ） Ｇ２９ＲＣ Ｅｘｔｒｅｍｅエンジンであってもよい。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、Ｓｃｏｒｐｉｏｎ Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ（Ｒ）から入手可能なブラシレスモータ（３８０Ｋｖ、８ｍｍシャフト、部品番号５０３５−３８０）である、発電機モータ１０６を含むことができる。 In some implementations, the micro-hybrid generator system 100 can provide 1.8 kW of power. The micro-hybrid generator system 100 can provide a maximum of 2.25 kW and can include a small engine 104 that weighs about 1.5 kg. In some embodiments, mini-engine 104 may be a Zenoah® G29RC Extreme engine. The micro-hybrid generator system 100 can include a generator motor 106, which is a brushless motor (380 Kv, 8 mm shaft, part number 5035-380) available from Scorpion Precision Industry®.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、１０ｋＷの電力を提供することができる。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、約１１〜１２．２５ｋＷを提供し、約３．２ｋｇの重量である小型エンジン１０４を含むことができる。いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、Ｄｅｓｅｒｔ Ａｉｒｃｒａｆｔ（Ｒ） Ｄ−１５０である。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、Ｊｏｂｙ Ｍｏｔｏｒｓ（Ｒ） ＪＭ１モータ等の発電機モータ１０６を含むことができる。 In some implementations, the micro-hybrid generator system 100 can provide 10 kW of power. The micro-hybrid generator system 100 can include a small engine 104 that provides about 11-12.25 kW and weighs about 3.2 kg. In some embodiments, mini-engine 104 is a Desert Aircraft (R) D-150. The micro-hybrid generator system 100 can include a generator motor 106, such as a Joby Motors (R) JM1 motor.
マイクロハイブリッド発電機システム１００は、ブリッジ整流器１０８と、再充電可能バッテリ１１０とを含む。ブリッジ整流器１０８は、発電機モータ１０６と再充電可能バッテリ１１０との間に結合され、発電機モータ１０６のＡＣ出力をＤＣ電力に変換し、再充電可能バッテリ１１０を充電する、またはＤＣ電力をライン１２０によって負荷１１８に提供する、または電力をライン１２４によってＤＣ／ＡＣインバータ１２２に提供し、ＡＣ電力を負荷１２６に提供する。再充電可能バッテリ１１０は、ＤＣ電力をライン１３０によって負荷１２８に提供する、またはライン１３４によってＤＣ／ＡＣインバータ１３２に提供し、ＡＣ電力を負荷１３６に提供してもよい。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００のブリッジ整流器１０８および／または再充電可能バッテリ１１０の出力は、ライン１３８によって、ＵＡＶの一部として１つ以上のロータモータ１１６内に統合される１つ以上の電子速度制御デバイス（ＥＳＣ）１１４に提供される。ＥＳＣ１１４は、発電機モータ１０６によって提供される１つ以上のロータモータにブリッジ整流器１０８および／または再充電可能バッテリ１１０によって提供されるＤＣ電力を制御することができる。いくつかの実施例では、ＥＳＣ１１４は、ＳｉｍｏｎＫを伴うＴ−Ｍｏｔｏｒ（Ｒ） ＥＳＣ ４５Ａ（２−６Ｓ）であり得る。いくつかの実施例では、ブリッジ整流器１０８は、Ｍｉｃｒｏｓｅｍｉ Ｐｏｗｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ Ｇｒｏｕｐ（Ｒ）から入手可能なモデル番号ＭＳＤ１００−０８のダイオードブリッジ８００Ｖ １００Ａ ＳＭ３であり得る。いくつかの実施例では、能動整流が、マイクロハイブリッド発電機システムの効率を改良するために適用されることができる。 The micro-hybrid generator system 100 includes a bridge rectifier 108 and a rechargeable battery 110. The bridge rectifier 108 is coupled between the generator motor 106 and the rechargeable battery 110 and converts the AC output of the generator motor 106 to DC power to charge the rechargeable battery 110 or to line the DC power. 120 provides load 118 or power is provided by line 124 to DC / AC inverter 122 and AC power is provided to load 126. Rechargeable battery 110 may provide DC power to load 128 via line 130 or DC / AC inverter 132 via line 134 to provide AC power to load 136. In some embodiments, the output of bridge rectifier 108 and / or rechargeable battery 110 of microhybrid generator system 100 is integrated by line 138 into one or more rotor motors 116 as part of the UAV. One or more electronic speed control devices (ESC) 114 are provided. The ESC 114 may control the DC power provided by the bridge rectifier 108 and / or the rechargeable battery 110 to one or more rotor motors provided by the generator motor 106. In some examples, ESC 114 can be a T-Motor® ESC 45A (2-6S) with Simon K. In some embodiments, bridge rectifier 108 may be a diode bridge 800V 100A SM3, model number MSD100-08, available from Microsemi Power Products Group®. In some embodiments, active rectification can be applied to improve the efficiency of the microhybrid generator system.
いくつかの実施例では、ＥＳＣ１１４は、オペレータから受信される入力に応答して、１つ以上のロータモータ１１６に提供される電力量を制御することができる。例えば、オペレータが、ＵＡＶを右に移動させる入力を提供する場合、ＥＳＣ１１４は、ＵＡＶの右側のロータモータ１１６により少ない電力を提供し、ロータモータに、ＵＡＶの左側のプロペラよりもＵＡＶの右側のプロペラをより遅くスピンさせることができる。電力が種々のレベルにおいて１つ以上のロータモータ１１６に提供されるため、負荷（例えば、１つ以上のロータモータ１１６に提供される電力量）は、オペレータから受信される入力に応答して変化することができる。 In some embodiments, ESC 114 may control the amount of power provided to one or more rotor motors 116 in response to input received from an operator. For example, if the operator provides an input to move the UAV to the right, the ESC 114 provides less power to the UAV's right rotor motor 116, which causes the rotor motor to drive more of the UAV's right propeller than the UAV's left propeller. You can spin it slow. Because power is provided to one or more rotor motors 116 at various levels, the load (eg, the amount of power provided to one or more rotor motors 116) may change in response to input received from an operator. You can
いくつかの実施例では、再充電可能バッテリ１１０は、Ｐｕｌｓｅ Ｕｌｔｒａ Ｌｉｐｏ（Ｒ）（Ｃｈｉｎａ）から入手可能であり、３，０００ｍＡｈ、２２．２Ｖ ６５Ｃを提供する、ＬｉＰｏバッテリ（Ｍｏｄｅｌ ＰＬＵ６５−３０００６）であってもよい。いくつかの実施例では、再充電可能バッテリ１１０は、リチウム硫黄（ＬｉＳｕ）再充電可能バッテリまたは類似するタイプの再充電可能バッテリであってもよい。 In some embodiments, the rechargeable battery 110 is a LiPo battery (Model PLU65-30006), available from Pulse Ultra Lipo (R) (China), providing 3,000 mAh, 22.2V 65C. It may be. In some examples, rechargeable battery 110 may be a lithium-sulfur (LiSu) rechargeable battery or a similar type of rechargeable battery.
マイクロハイブリッド発電機システム１００は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１１２を含む。ＥＣＵ１１２および本明細書に説明される他の適用可能なシステムは、コンピュータシステム、複数のコンピュータシステム、またはコンピュータシステムまたは複数のコンピュータシステムの一部として実装されることができる。コンピュータシステムは、プロセッサと、メモリと、不揮発性記憶装置と、インターフェースとを含んでもよい。典型的なコンピュータシステムは、通常、少なくともプロセッサ、メモリ、およびメモリをプロセッサに結合するデバイス（例えば、バス）を含むであろう。いくつかの実施例では、プロセッサは、マイクロプロセッサ等の汎用中央処理ユニット（ＣＰＵ）またはマイクロコントローラ等の専用プロセッサであってもよい。 The micro hybrid generator system 100 includes an electronic control unit (ECU) 112. The ECU 112 and other applicable systems described herein may be implemented as a computer system, multiple computer systems, or a computer system or part of multiple computer systems. The computer system may include a processor, memory, non-volatile storage, and an interface. A typical computer system will typically include at least a processor, memory, and a device coupling the memory to the processor (eg, a bus). In some embodiments, the processor may be a general purpose central processing unit (CPU) such as a microprocessor or a dedicated processor such as a microcontroller.
いくつかの実施例では、メモリは、ダイナミックＲＡＭ（ＤＲＡＭ）およびスタティックＲＡＭ（ＳＲＡＭ）等のランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含むことができる。メモリは、ローカルである、遠隔である、または分散されることができる。バスはまた、プロセッサを不揮発性記憶装置に結合することができる。不揮発性記憶装置は、多くの場合、磁気フロッピー（登録商標）またはハードディスク、磁気光学ディスク、光学ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、またはＥＥＰＲＯＭ等の読取専用メモリ（ＲＯＭ）、磁気または光学カード、または大量のデータのための別の形態の記憶装置である。本データの一部は、ダイレクトメモリアクセスプロセスによって、コンピュータシステム上のソフトウェアの実行の間にメモリに書き込まれてもよい。不揮発性記憶装置は、ローカルである、遠隔である、または分散されることができる。不揮発性記憶装置は、システムがメモリ内で利用可能な全ての適用可能なデータを用いて作成され得るため、随意であってもよい。 In some embodiments, the memory may include random access memory (RAM) such as dynamic RAM (DRAM) and static RAM (SRAM). The memory can be local, remote, or distributed. The bus may also couple the processor to non-volatile storage. Non-volatile storage is often read-only memory (ROM) such as magnetic floppy or hard disk, magneto-optical disk, optical disk, CD-ROM, EPROM, or EEPROM, magnetic or optical card, or bulk. Is another form of storage device for data. Some of this data may be written to memory during execution of software on the computer system by a direct memory access process. Non-volatile storage can be local, remote, or distributed. Non-volatile storage may be optional, as the system may be created with all applicable data available in memory.
ソフトウェアは、典型的には、不揮発性記憶装置内に記憶される。いくつかの実施例では（例えば、大きいプログラムに関して）、プログラム全体をメモリ内に記憶することは、実践的ではない場合がある。それにもかかわらず、ソフトウェアが、処理のために適切なコンピュータ可読場所に移動され得、例証の目的のために、その場所は、本明細書ではメモリと称されることを理解されたい。ソフトウェアが実行のためにメモリに移動されているときであっても、プロセッサは、典型的には、ソフトウェアと関連付けられる値を記憶するためのハードウェアレジスタと、いくつかの実施例では、実行を高速化する役割を果たすローカルキャッシュとを利用するであろう。本明細書で使用されるように、ソフトウェアプログラムが、「コンピュータ可読記憶媒体内に実装される」と称されるとき、ソフトウェアプログラムは、適用可能な公知の、または便宜的な場所に（例えば、不揮発性記憶装置からハードウェアレジスタに）記憶されてもよい。プログラムと関連付けられる少なくとも１つの値が、プロセッサによって可読であるレジスタ内に記憶されるとき、プロセッサは、「プログラムを実行するように構成される」と見なされる。 The software is typically stored in non-volatile storage. In some embodiments (eg, for large programs), storing the entire program in memory may not be practical. Nevertheless, it should be understood that the software may be moved to a suitable computer-readable location for processing, which for purposes of illustration is referred to herein as memory. Even when software is being moved to memory for execution, a processor typically executes hardware registers to store values associated with the software and, in some embodiments, execution. It will utilize a local cache that serves to speed up. As used herein, when a software program is referred to as "implemented in a computer-readable storage medium", the software program is in a known or convenient place where applicable (eg, From a non-volatile storage device to a hardware register). A processor is considered "configured to execute a program" when at least one value associated with the program is stored in a register that is readable by the processor.
動作のいくつかの実施例では、コンピュータシステムが、ディスクオペレーティングシステム等のファイル管理システムを含む、ソフトウェアプログラム等のオペレーティングシステムソフトウェアによって制御されることができる。関連付けられるファイル管理システムソフトウェアを伴うオペレーティングシステムソフトウェアの一実施例は、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（Ｒｅｄｍｏｎｄ， Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ）からのＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）として公知の一連のオペレーティングシステムおよびそれらの関連付けられるファイル管理システムである。その関連付けられるファイル管理システムソフトウェアを伴うオペレーティングシステムソフトウェアの別の実施例は、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）オペレーティングシステムおよびその関連付けられるファイル管理システムである。ファイル管理システムは、典型的には、不揮発性記憶装置内に記憶され、プロセッサに、オペレーティングシステムによって要求される種々の行為を実行させ、データを入出力し、不揮発性記憶装置上にファイルを記憶することを含め、データをメモリ内に記憶する。 In some examples of operation, a computer system may be controlled by operating system software, such as a software program, including a file management system, such as a disk operating system. One example of operating system software with associated file management system software is the series of operating systems known as Windows (R) from Microsoft Corporation (Redmond, Washington) and their associated file management systems. Another example of operating system software with its associated file management system software is the Linux operating system and its associated file management system. File management systems are typically stored in non-volatile storage and cause the processor to perform various actions required by the operating system to input and output data and store files on the non-volatile storage. Data is stored in memory, including
バスはまた、プロセッサをインターフェースに結合することができる。インターフェースは、１つ以上の入力および／または出力（Ｉ／Ｏ）デバイスを含むことができる。いくつかの実施例では、Ｉ／Ｏデバイスは、キーボード、マウスまたは他のポインティングデバイス、ディスクドライブ、プリンタ、走査装置、およびディスプレイデバイスを含む他のＩ／Ｏデバイスを含むことができる。いくつかの実施例では、ディスプレイデバイスは、ブラウン管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、またはいくつかの他の適用可能な公知の、または便宜的なディスプレイデバイスを含むことができる。インターフェースは、モデムまたはネットワークインターフェースのうちの１つ以上のものを含むことができる。モデムまたはネットワークインターフェースは、コンピュータシステムの一部であると見なされ得ることを理解されたい。インターフェースは、アナログモデム、ｉｓｄｎモデム、ケーブルモデム、トークンリングインターフェース、イーサネット（登録商標）インターフェース、衛星伝送インターフェース（例えば、「ダイレクトＰＣ」）、またはコンピュータシステムを他のコンピュータシステムに結合するための他のインターフェースのうちの１つ以上のものを含むことができる。インターフェースは、コンピュータシステムおよび他のデバイスが、ネットワーク内でともに結合されることを可能にする。 The bus may also couple the processor to the interface. The interface can include one or more input and / or output (I / O) devices. In some embodiments, I / O devices may include keyboards, mice or other pointing devices, disk drives, printers, scanning devices, and other I / O devices including display devices. In some examples, the display device can include a cathode ray tube (CRT), liquid crystal display (LCD), or some other applicable known or convenient display device. The interface can include one or more of a modem or network interface. It should be appreciated that the modem or network interface may be considered part of the computer system. The interface may be an analog modem, an isdn modem, a cable modem, a token ring interface, an Ethernet interface, a satellite transmission interface (eg "Direct PC"), or other for coupling a computer system to another computer system. It may include one or more of the interfaces. Interfaces allow computer systems and other devices to be coupled together in a network.
コンピュータシステムが、モジュールとして、モジュールの一部として、または複数のモジュールを通して実装されることができる。本明細書で使用されるように、モジュールは、１つ以上のプロセッサまたはその一部を含むことができる。１つ以上のプロセッサの一部は、レジスタのサブセット、マルチスレッドプロセッサの１つ以上のスレッドの専用であるプロセッサの一部、その間にプロセッサがモジュールの機能性の一部を実行することに完全に、または部分的に専用であるタイムスライス、または同等物等の任意の所与の１つ以上のプロセッサを備えるハードウェアの全てよりも少ないハードウェアの一部を含むことができる。したがって、第１のモジュールおよび第２のモジュールが、１つ以上の専用プロセッサを有することができる、または第１のモジュールおよび第２のモジュールが、相互に、または他のモジュールと１つ以上のプロセッサを共有することができる。実装特有または他の考慮事項に応じて、いくつかの実施例では、モジュールは、集中される、またはその機能性は、分散されることができる。モジュールは、ハードウェア、ファームウェア、またはプロセッサによる実行のためにコンピュータ可読媒体内で具現化されるソフトウェアを含むことができる。プロセッサは、本明細書に含まれる図を参照して説明されるもの等の実装されるデータ構造および方法を使用して、データを新しいデータに変換することができる。 The computer system can be implemented as a module, as part of a module, or through multiple modules. As used herein, a module may include one or more processors or parts thereof. A portion of one or more processors is a subset of registers, a portion of a processor that is dedicated to one or more threads of a multithreaded processor, during which the processor performs some of the functionality of the module. , Or a portion of the hardware that comprises less than all of the hardware that comprises any given one or more processors, such as time slices that are partially dedicated, or the like. Thus, the first module and the second module may have one or more dedicated processors, or the first module and the second module may have one or more processors with each other or with other modules. Can be shared. Depending on implementation-specific or other considerations, in some embodiments the modules may be centralized or their functionality distributed. Modules can include hardware, firmware, or software embodied in a computer-readable medium for execution by a processor. The processor may transform the data into new data using implemented data structures and methods such as those described with reference to the figures contained herein.
ＥＣＵ１１２は、ブリッジ整流器１０８および再充電可能バッテリ１１０に結合される。ＥＣＵ１１２は、小型エンジン１０４の１分あたり回転数（ＲＰＭ）に正比例する、発電機モータ１０６の出力のＡＣ電圧を測定するように構成されることができ、これをブリッジ整流器１０８のＤＣ電力出力と比較する。ＥＣＵ１１２は、小型エンジン１０４のスロットルを制御し、負荷（例えば、１つ以上の電気モータ１１６の負荷または負荷１１８、１２６、１２８、および１３６のうちの１つ以上のもの）が変化するにつれて、ブリッジ整流器１０８のＤＣ電力出力を増加または減少させることができる。いくつかの実施例では、ＥＣＵ１１２は、Ｃｈｉｎａから入手可能なＡｒｄｕｉｎｏ（Ｒ） ＭＥＧＡ ２５６０ Ｂｏａｒｄ Ｒ３であり得る。種々の実施形態では、１つ以上の電気モータ１１６の負荷は、ＥＳＣ１１４が電気モータ１１６に提供される電力量を変化させるにつれて変化することができる。例えば、ユーザが、電気モータ１１６に提供される電力を増加させるように入力し、続けて、ＥＳＣ１１４に、より多くの電力を電気モータ１１６に提供させる場合、ＥＣＵ１１２は、小型エンジン１０４のスロットルを増加させ、より多くの電力の生産物を電気モータ１１６に提供させることができる。 ECU 112 is coupled to bridge rectifier 108 and rechargeable battery 110. The ECU 112 may be configured to measure the AC voltage at the output of the generator motor 106, which is directly proportional to the revolutions per minute (RPM) of the small engine 104, which is referred to as the DC power output of the bridge rectifier 108. Compare. The ECU 112 controls the throttle of the small engine 104 and bridges as the load (eg, the load of one or more electric motors 116 or one or more of the loads 118, 126, 128, and 136) changes. The DC power output of rectifier 108 can be increased or decreased. In some examples, the ECU 112 may be an Arduino (R) MEGA 2560 Board R3 available from China. In various embodiments, the load of one or more electric motors 116 can change as the ESC 114 changes the amount of power provided to the electric motors 116. For example, if the user inputs to increase the power provided to the electric motor 116 and subsequently causes the ESC 114 to provide more power to the electric motor 116, the ECU 112 increases the throttle of the small engine 104. The electric motor 116 to provide more power production.
ＥＣＵ１１２は、感知されたアナログ電圧を読み取り、感知されたアナログ電圧をＡＤＣカウントに変換し、カウントを所望の電圧に対応するものと比較し、結果が不感帯外である場合、プログラムされた利得に従って小型エンジン１０４のスロットルを増加または減少させることによって、負荷の電圧出力を維持するように機能することができる。 The ECU 112 reads the sensed analog voltage, converts the sensed analog voltage into an ADC count, compares the count to that corresponding to the desired voltage, and if the result is outside the deadband, scales according to the programmed gain. Increasing or decreasing the throttle of the engine 104 can function to maintain the voltage output of the load.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、約１，８００ワットの連続電力、１０，０００ワットの瞬間電力（例えば、１６，０００ｍＡｈパルスバッテリで６Ｓ）を提供することができ、１，５００Ｗｈ／ｋｇのガソリン変換率を有する。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、約１２インチ×１２インチ×１２インチの寸法および約８ポンドの重量を有する。 In some embodiments, the micro-hybrid generator system 100 can provide about 1800 watts of continuous power, 10,000 watts of instantaneous power (eg, 6S on a 16,000 mAh pulsed battery), 1 , A gasoline conversion rate of 500 Wh / kg. In some examples, the micro-hybrid generator system 100 has dimensions of about 12 inches x 12 inches x 12 inches and a weight of about 8 pounds.
図２は、マイクロハイブリッド発電機システム１００の側面斜視図を示す。図３Ａは、マイクロハイブリッド発電機１００の側面図を示す。図３Ｂは、マイクロハイブリッド発電機１００の分解側面図を示す。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、発電機モータ１０６に結合される、小型エンジン１０４を含む。 FIG. 2 shows a side perspective view of the micro hybrid generator system 100. FIG. 3A shows a side view of the micro hybrid generator 100. FIG. 3B shows an exploded side view of the micro hybrid generator 100. Micro-hybrid generator system 100 includes a small engine 104 coupled to a generator motor 106.
いくつかの実施例では、１つ以上の熱管理方略は、能動的冷却、受動的冷却、または両方をマイクロハイブリッド発電機システム１００の１つ以上の構成要素に提供するために採用されることができる。高比電力構成要素は、時として、（例えば、熱放散は、通常、表面積に比例するため）過熱を受けやすい。加えて、内部燃焼は、熱を生成する本質的に非効率的なプロセスであり得る。 In some embodiments, one or more thermal management strategies may be employed to provide active cooling, passive cooling, or both to one or more components of microhybrid generator system 100. it can. High specific power components are sometimes susceptible to overheating (eg, because heat dissipation is usually proportional to surface area). In addition, internal combustion can be an inherently inefficient process of producing heat.
能動的冷却システムは、任意のものを冷却するためにエネルギーの使用を伴うものである。例えば、能動的冷却システムは、遠心ファン等の１つ以上のファンを採用してもよい。遠心ファンは、ファンがエンジンと同一のＲＰＭでスピンするように小型エンジン１０４のエンジンシャフトに結合され、したがって、有意な空気流を生産することができる。遠心ファンは、空気流が小型エンジン１０４のシリンダヘッド等のエンジンのある構成要素（例えば、エンジンの最も高温の部分）にわたって指向されるように位置付けられることができる。ＵＡＶの飛行運動によって生成される空気流もまた、マイクロハイブリッド発電機システム１００を冷却するために使用されることができる。例えば、ＵＡＶのロータによって押動される空気（例えば、プロペラ後流と称される）が、マイクロハイブリッド発電機システム１００の構成要素を冷却するために使用されることができる。 Active cooling systems involve the use of energy to cool anything. For example, active cooling systems may employ one or more fans, such as centrifugal fans. The centrifugal fan can be coupled to the engine shaft of the small engine 104 so that the fan spins at the same RPM as the engine, thus producing a significant airflow. The centrifugal fan can be positioned so that the airflow is directed over certain components of the engine, such as the cylinder head of the small engine 104 (eg, the hottest portion of the engine). The airflow produced by the flight motion of the UAV can also be used to cool the microhybrid generator system 100. For example, air driven by the UAV rotor (eg, referred to as propeller wake) can be used to cool the components of the microhybrid generator system 100.
いくつかの実装では、受動的冷却方略が、マイクロハイブリッド発電機システム１００の構成要素を冷却するために、単独で、または能動的冷却方略と組み合わせて使用されることができる。受動的冷却システムは、熱を１つの場所（例えば、冷却される構成要素）から別の場所（例えば、熱が経時的に放散され得る場所）に伝達するための熱放散技法を利用するものである。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００の１つ以上の構成要素は、熱伝導性熱シンクと接触して位置付けられ、したがって、構成要素の動作温度を低減させることができる。例えば、ＵＡＶのフレームは、熱シンクとして作用し得る、アルミニウム等の熱伝導性材料から形成されることができる。 In some implementations, passive cooling strategies may be used alone or in combination with active cooling strategies to cool the components of the micro-hybrid generator system 100. Passive cooling systems utilize heat dissipation techniques to transfer heat from one location (eg, the component to be cooled) to another location (eg, where heat may be dissipated over time). is there. In some examples, one or more components of micro-hybrid generator system 100 are positioned in contact with a thermally conductive heat sink, thus reducing the operating temperature of the components. For example, the UAV frame can be formed from a thermally conductive material such as aluminum, which can act as a heat sink.
一実施形態では、小型エンジン１０４は、小型エンジン１０４のシャフトへの発電機モータ１０６のシャフトの結合を提供し、シンクフィン２０４を用いて冷却もまた提供する、結合具／冷却デバイス２０２を含む。例えば、図３Ａおよび３Ｂは、発電機モータ１０６のシャフト３０６および小型エンジン１０４のシャフト３０８を結合する止めねじ３０４を伴う結合具／ファン３０２を含む、結合具／冷却デバイス２０２の一実施形態をさらに詳細に示す。結合具／冷却デバイス２０２はまた、ゴム結合リング（図２２Ａの２２０２）を含んでもよい。 In one embodiment, the mini-engine 104 includes a coupler / cooling device 202 that provides coupling of the shaft of the generator motor 106 to the shaft of the mini-engine 104 and also provides cooling with sink fins 204. For example, FIGS. 3A and 3B further illustrate one embodiment of a coupler / cooling device 202 that includes a coupler / fan 302 with a set screw 304 that couples the shaft 306 of the generator motor 106 and the shaft 308 of the small engine 104. Show in detail. The coupler / cooling device 202 may also include a rubber coupling ring (2202 in FIG. 22A).
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、マイクロハイブリッド発電機システム１００から離れるような熱の伝達を促進するための構成要素を含む、および／または熱を生産する構成要素にわたって空気流を増加させるために、ＵＡＶ内に統合される。例えば、ハイブリッド発電機システム１００は、マイクロハイブリッド発電機システム１００から離れるように熱を伝達させるために、具体的構成要素（例えば、整流器）上に冷却フィンを含むことができる。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、熱がＵＡＶの外部に向かって伝達されるようにするための構成要素を含み、ＵＡＶ内に統合される。 In some examples, the micro-hybrid generator system 100 includes components for facilitating heat transfer away from the micro-hybrid generator system 100 and / or airflow over the heat-producing components. Are integrated into the UAV in order to increase For example, the hybrid generator system 100 may include cooling fins on specific components (eg, rectifiers) to transfer heat away from the microhybrid generator system 100. In some embodiments, the micro-hybrid generator system 100 includes components to allow heat to be transferred to the exterior of the UAV and is integrated within the UAV.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００および／またはマイクロハイブリッド発電機システム１００を統合するＵＡＶは、マイクロハイブリッド発電機システム１００の少なくとも１つの構成要素を横断する１分あたり４０６立方フィートの空気流を可能にするように構成される。マイクロハイブリッド発電機システム１００の小型エンジン１０４は、動作温度１５０℃において起動されることができ、マイクロハイブリッド発電機システム１００の周囲温度にある場合、小型エンジン１０４によって生成される熱を除去するために、１分あたり４０６立方フィートの空気流が、少なくとも小型エンジン１０４を横断して達成される。さらに、いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、１２ｋＷ力において動作され、４９ｋＷの廃熱を生成する（例えば、小型エンジンの各ヘッドは、２４．５ｋＷの廃熱を生産する）。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００の小型エンジン１０４のエンジンヘッドは、エンジンヘッドにわたって空気流を集中させるために、電気ダクテッドファンに結合される。例えば、１分あたり４０６立方フィートの空気流が、電気ダクテッドファンを使用して、小型エンジン１０４のエンジンヘッドにわたって達成されることができる。 In some embodiments, the micro-hybrid generator system 100 and / or the UAV integrating the micro-hybrid generator system 100 may have 406 cubic feet per minute across at least one component of the micro-hybrid generator system 100. Configured to allow airflow. The mini-engine 104 of the micro-hybrid generator system 100 can be started at an operating temperature of 150 ° C. to remove the heat generated by the mini-engine 104 when at ambient temperature of the micro-hybrid generator system 100. An air flow of 406 cubic feet per minute is achieved across at least the small engine 104. Further, in some embodiments, the small engine 104 is operated at 12 kW of power and produces 49 kW of waste heat (eg, each head of the small engine produces 24.5 kW of waste heat). In some examples, the engine head of the mini-engine 104 of the micro-hybrid generator system 100 is coupled to an electric ducted fan to concentrate the airflow across the engine head. For example, an air flow of 406 cubic feet per minute can be achieved across the engine head of the small engine 104 using an electric ducted fan.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、二重振動減衰システムを使用して、ＵＡＶの一部として統合される。マイクロハイブリッド発電機システムの小型エンジン１０４は、二重振動減衰システムとしての役割を果たすための結合具を利用することができる。いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、１０，０００ＲＰＭで１．６８Ｎｍの平均トルクを生産する。いくつかの実施例では、ウレタン結合具が、マイクロハイブリッド発電機システム１００の少なくとも一部をＵＡＶに結合するために使用される。さらに、いくつかの実施例では、ウレタン結合具は、９０Ａ〜７５Ｄのデュロメータ値を有することができる。マイクロハイブリッド発電機システム１００の少なくとも一部をＵＡＶに固着させるために使用される例示的ウレタン結合具は、Ｌ４２ウレタン、Ｌ１００ウレタン、Ｌ１６７ウレタン、およびＬ３１５ウレタンを含む。マイクロハイブリッド発電機システム１００の少なくとも一部をＵＡＶに固着させるために使用されるウレタン結合具は、２０ＭＰａ〜６２．０ＭＰａの引張強度、２７０〜８００％の破壊時の伸び率、２．８ＭＰａ〜３２ＭＰａの弾性率、１１０％〜４３５％の摩耗指数、および１２．２ｋＮ／ｍ〜１９２．２ｋＮ／ｍの引裂き強度を有することができる。 In some embodiments, the micro-hybrid generator system 100 is integrated as part of a UAV using a dual vibration damping system. The mini-engine 104 of the micro-hybrid generator system may utilize a coupler to serve as a dual vibration damping system. In some embodiments, the small engine 104 produces an average torque of 1.68 Nm at 10,000 RPM. In some embodiments, urethane couplings are used to couple at least a portion of microhybrid generator system 100 to a UAV. Further, in some embodiments, the urethane coupler can have a durometer value of 90A-75D. Exemplary urethane connectors used to secure at least a portion of the microhybrid generator system 100 to a UAV include L42 urethane, L100 urethane, L167 urethane, and L315 urethane. The urethane binder used for fixing at least a part of the micro hybrid generator system 100 to the UAV has a tensile strength of 20 MPa to 62.0 MPa, an elongation at break of 270 to 800%, and a tensile strength of 2.8 MPa to 32 MPa. An elastic modulus of 110% to 435%, and a tear strength of 12.2 kN / m to 192.2 kN / m.
小型エンジン１０４はまた、機械的騒音および／またはエンジン振動を低減させ得る、はずみ車２０６を含む。いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、ホール効果センサ（図３Ａの３１０）と、示されるようにはずみ車２０６に結合されるホール効果磁石とを含む。いくつかの実施例では、ホール効果センサ３１０は、ＲＣｅｘｌ Ｍｉｎ Ｔａｃｈｏｍｅｔｅｒ（Ｒ）（Ｚｈｅｊｉａｎｇ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ， Ｃｈｉｎａ）から入手可能であり得る。 The mini-engine 104 also includes a flywheel 206 that can reduce mechanical noise and / or engine vibrations. In some embodiments, miniature engine 104 includes a Hall effect sensor (310 in FIG. 3A) and a Hall effect magnet coupled to flywheel 206 as shown. In some embodiments, Hall effect sensor 310 may be available from RCexl Min Tachometer (R) (Zhejiang Province, China).
小型エンジン１０４が動作するとき、はずみ車２０６は、スピンし、はずみ車２０６の１分あたり回転数に正比例する電圧を生成する。本電圧は、ホール効果センサ３１０によって測定され、ＥＣＵ１１２に入力される。ＥＣＵ１１２は、測定された電圧を発電機モータ１０６によって出力された電圧と比較する。ＥＣＵ１１２は、次いで、発電機モータ１０６および小型エンジン１０４の一方または両方のスロットルを制御し、必要に応じて電圧を増加または減少させ、電力を負荷１１８、１２６、１２８、および／または１３６のうちの１つ以上のものまたは１つ以上のロータモータ１１６に供給するであろう。 When the small engine 104 operates, the flywheel 206 spins, producing a voltage that is directly proportional to the revolutions per minute of the flywheel 206. This voltage is measured by the Hall effect sensor 310 and input to the ECU 112. The ECU 112 compares the measured voltage with the voltage output by the generator motor 106. The ECU 112 then controls the throttles on one or both of the generator motor 106 and the small engine 104 to increase or decrease the voltage as needed to power the load 118, 126, 128, and / or 136. One or more or one or more rotor motors 116 may be supplied.
小型エンジン１０４はまた、スタータモータ２０８と、サーボ２１０と、マフラ２１２と、振動マウント２１４とを含んでもよい。 The mini-engine 104 may also include a starter motor 208, a servo 210, a muffler 212, and a vibration mount 214.
図４−７は、電力システムと、電力システムを冷却するための冷却システム４０２とを含む、ＵＡＶ４００の実施例を示す。図示される実施例では、ＵＡＶ４００は、ＵＡＶ４００に給電するためのマイクロハイブリッド発電機システム（例えば、図１のマイクロハイブリッド発電機システム１００）を採用するが、いくつかの実装では、冷却システム４０２は、冷却を他のタイプの電力システム（例えば、下記により詳細に説明されるように、発電機モータに結合されるガソリンタービン等）に提供するために使用され得ることを理解されたい。本実施例では、冷却システム４０２は、熱放散技法を利用することによって、マイクロハイブリッド発電機システム１００の１つ以上の構成要素を冷却するように構成される。 4-7 illustrate an example of a UAV 400 that includes a power system and a cooling system 402 for cooling the power system. In the illustrated example, the UAV 400 employs a micro-hybrid generator system (eg, the micro-hybrid generator system 100 of FIG. 1) to power the UAV 400, although in some implementations the cooling system 402 It should be appreciated that it may be used to provide cooling to other types of power systems, such as, for example, a gasoline turbine coupled to a generator motor, as described in more detail below. In this example, the cooling system 402 is configured to cool one or more components of the microhybrid generator system 100 by utilizing heat dissipation techniques.
図示される実施例では、冷却システム４０２は、第１の板４０４と、第２の板４０６とを含み、各板４０４、４０６は、フィン４０８を含む。各板４０４、４０６のフィン４０８は、個別の板４０４、４０６の第１の表面４１２から延在するフィンの第１の群４１０および個別の板４０４、４０６の第２の表面（図６の４１６）から延在するフィンの第２の群（図６の４１４）において配列される。フィン４０８は、外向きに、例えば、それらが取り付けられる個別の板４０４、４０６から垂直方向に延在する。 In the illustrated example, the cooling system 402 includes a first plate 404 and a second plate 406, each plate 404, 406 including fins 408. The fins 408 of each plate 404, 406 extend from a first surface 412 of the individual plates 404, 406 and a second group of fins 410 and a second surface of the individual plates 404, 406 (416 in FIG. 6). ) In a second group of fins (414 in FIG. 6). Fins 408 extend outward, eg, vertically, from the individual plates 404, 406 to which they are attached.
フィン４０８は、対流を増加させる（例えば、対流表面積を増加させる）ことによって、個別の板４０４、４０６から離れるような熱伝達の速度を増加させるように設計および配列される。対流表面積は、付加的フィン４０８が含まれるため、増加し得る。したがって、熱伝達は、概して、付加的フィン４０８が含まれるため、増加する。 The fins 408 are designed and arranged to increase the rate of heat transfer away from the individual plates 404, 406 by increasing convection (eg, increasing convection surface area). The convective surface area can be increased due to the inclusion of additional fins 408. Therefore, heat transfer is generally increased due to the inclusion of the additional fins 408.
冷却システム４０２は、相当な量の熱を生成する傾向がある、マイクロハイブリッド発電機システム１００の構成要素（例えば、最も多くの熱を生成する構成要素）またはその近傍に位置付けられてもよい。このように、冷却システム４０２によって提供される冷却は、最も必要とされる場所において利用されることができる。図示される実施例では、板４０４、４０６は、小型エンジン１０４、特に、小型エンジン１０４のシリンダヘッドに結合されるが、いくつかの実装では、板４０４、４０６は、小型エンジン１０４の他の構成要素に結合／搭載されてもよい。いくつかの実装では、板４０４、４０６は、１つ以上の締結具（例えば、ねじ、ボルト、定位置に溶接等）によって小型エンジン１０４に物理的に結合される。いくつかの実装では、板４０４、４０６は、小型エンジン１０４に物理的に結合されず、むしろ、熱伝達の観点から結合される。例えば、板４０４、４０６は、板４０４、４０６の表面および小型エンジン１０４が相互に物理的に接触する、または相互に近接近し、それによって、その間の熱の伝達を可能にするように、小型エンジン１０４のそばに存在してもよい。シリンダヘッドは、エンジンピストンがシリンダの内容物を圧縮し、それによって、燃焼を起こさせる場所である。そのような圧縮および燃焼は、大量の熱を生産する。熱は、対流によってシリンダヘッドが結合される板４０４、４０６の一部に伝達される。順に、熱は、対流によって板４０４、４０６に沿って個別のフィン４０８に伝達される。熱の少なくとも一部は、これが板４０４、４０６に沿ってフィン４０８に向かって伝達されるにつれて放散され得る。残りの熱は、フィン４０８に伝達され、フィン４０８の比較的に広い集合的表面積は、熱が（例えば、フィン４０８の不在下で起こるであろう放散の速度と比較して）比較的に迅速に放散することを可能にする。放散の速度はまた、単純に、フィン４０８がマイクロハイブリッド発電機システム１００の熱生成構成要素から離れた場所において熱を放散することを可能にすることによって改良される。 The cooling system 402 may be located at or near a component of the microhybrid generator system 100 (eg, the component that produces the most heat) that tends to produce a significant amount of heat. In this way, the cooling provided by the cooling system 402 can be utilized where it is most needed. In the illustrated embodiment, the plates 404, 406 are coupled to the small engine 104, and in particular to the cylinder head of the small engine 104, although in some implementations the plates 404, 406 are other configurations of the small engine 104. It may be combined / mounted on the element. In some implementations, the plates 404, 406 are physically coupled to the miniature engine 104 by one or more fasteners (eg, screws, bolts, welds in place, etc.). In some implementations, the plates 404, 406 are not physically coupled to the miniature engine 104, but rather in terms of heat transfer. For example, the plates 404, 406 are small so that the surfaces of the plates 404, 406 and the small engine 104 are in physical contact with or in close proximity to each other, thereby allowing heat transfer therebetween. It may reside near the engine 104. The cylinder head is where the engine piston compresses the contents of the cylinder, thereby causing combustion. Such compression and combustion produces a large amount of heat. The heat is transferred by convection to the parts of the plates 404, 406 to which the cylinder heads are joined. In turn, heat is transferred by convection along the plates 404, 406 to individual fins 408. At least some of the heat may be dissipated as it is transferred along the plates 404, 406 towards the fins 408. The remaining heat is transferred to the fins 408, and the relatively large collective surface area of the fins 408 allows the heat to be relatively rapid (compared to, for example, the rate of dissipation that would occur in the absence of the fins 408). To be able to dissipate. The rate of dissipation is also improved by simply allowing the fins 408 to dissipate heat away from the heat producing components of the microhybrid generator system 100.
いくつかの実装では、冷却システム４０２は、小型エンジン１０４以外のマイクロハイブリッド発電機システム１００の構成要素またはその近傍に位置付けられてもよい。例えば、いくつかの実装では、板４０４、４０６は、発電機モータ１０６に結合されてもよい。いくつかの実装では、フィンは、小型エンジン１０４および／または発電機１０６上に直接配置されてもよい。そのようなフィンは、板４０４、４０６のフィン４０８の代わり、またはそれに加えたものであってもよい。 In some implementations, the cooling system 402 may be located at or near a component of the micro-hybrid generator system 100 other than the small engine 104. For example, in some implementations the plates 404, 406 may be coupled to the generator motor 106. In some implementations, the fins may be located directly on the small engine 104 and / or the generator 106. Such fins may be in place of or in addition to fins 408 on plates 404, 406.
いくつかの実装では、インペラもまた、マイクロハイブリッド発電機システム１００の構成要素を冷却することを補助するために使用される。インペラは、別個の構成要素等として提供される冷却システム４０２の一部であってもよい。インペラは、小型エンジン１０４および／または発電機モータ１０６等の冷却されるマイクロハイブリッド発電機システム１００の構成要素またはその近傍に位置付けられる、回転構成要素であってもよい。インペラは、小型エンジン１０４および／または発電機モータ１０６から離れるように空気（例えば、高温周囲空気）を吹送し、熱が他のより低温の面積において放散されることを可能にするように構成されてもよい。 In some implementations, impellers are also used to help cool the components of the microhybrid generator system 100. The impeller may be part of the cooling system 402 provided as a separate component or the like. The impeller may be a rotating component located at or near a component of the cooled micro-hybrid generator system 100, such as a small engine 104 and / or a generator motor 106. The impeller is configured to blow air (eg, hot ambient air) away from the small engine 104 and / or the generator motor 106, allowing heat to be dissipated in other cooler areas. May be.
マイクロハイブリッド発電機システム１００の排気パイプ４１８もまた、板４０４、４０６が結合される場所の近傍に位置することができる。小型エンジン１０４からの排気は、大量の熱を生成する傾向がある。したがって、排気によって引き起こされる熱もまた、冷却システム４０２によって、板４０４、４０６に、次いで、フィン４０８に向かって伝達されることができる。 The exhaust pipe 418 of the micro-hybrid generator system 100 can also be located near where the plates 404, 406 are joined. Exhaust from the small engine 104 tends to generate a large amount of heat. Thus, the heat generated by the exhaust can also be transferred by the cooling system 402 towards the plates 404, 406 and then towards the fins 408.
板４０４、４０６およびフィン４０８は、適切な速度で熱を放散するために好適な１つ以上の材料から作製されてもよい。物体内の熱伝達の程度および速度は、少なくとも部分的に、物体の伝導の量に基づき得る。比較的に高い熱伝導率を伴う材料は、熱が迅速に通過することを可能にし、それによって、熱放散の速度を最大限にすることができる。いくつかの実装では、複数の材料タイプが、熱の伝達を補助するために使用されてもよい。図示される実施例では、板４０４、４０６は、１つの金属材料（例えば、銅）から作製され、フィン４０８は、別のタイプの金属材料（例えば、アルミニウム）から作製され、その両方が、比較的に高い熱伝導率を有する。 Plates 404, 406 and fins 408 may be made of one or more materials suitable for dissipating heat at appropriate rates. The degree and rate of heat transfer within the body may be based, at least in part, on the amount of conduction in the body. Materials with a relatively high thermal conductivity allow heat to pass through quickly, thereby maximizing the rate of heat dissipation. In some implementations, multiple material types may be used to help transfer heat. In the illustrated example, the plates 404, 406 are made of one metal material (eg, copper) and the fins 408 are made of another type of metal material (eg, aluminum), both of which are compared. Has a high thermal conductivity.
図４−７に図示される冷却システム４０２は、１００個を上回るフィン４０８（例えば、第１の表面４１２から延在する約８５個のフィン４０８および第２の表面４１６から延在する約８５個のフィン４０８）を含むものとしてフィンの各群４１０、４１４を示すが、任意の数のフィン４０８が、含まれてもよい。いくつかの実装では、フィン４０８の付加的またはより少ない群が、採用され得る。いくつかの実装では、採用される特定の数のフィン４０８は、熱伝達の程度を増加させる（例えば、最大限にする）ように、実験に基づいてもよい。いくつかの実装では、フィン４０８の特定の構成（例えば、間隔、群化、配向、傾斜、または他の構成）は、熱伝達が増加される、または最大限にされるようなものであってもよい。採用される特定の構成は、採用される特定の電力システムに関する適切な構成を決定するための計算および／または実験に基づいてもよい。 The cooling system 402 illustrated in FIGS. 4-7 has more than 100 fins 408 (eg, about 85 fins 408 extending from the first surface 412 and about 85 fins extending from the second surface 416). Of fins 408), each group of fins 410, 414 is shown, but any number of fins 408 may be included. In some implementations, additional or fewer groups of fins 408 may be employed. In some implementations, the particular number of fins 408 employed may be empirical to increase (eg, maximize) the degree of heat transfer. In some implementations, the particular configuration of fins 408 (eg, spacing, grouping, orientation, tilt, or other configuration) is such that heat transfer is increased or maximized. Good. The particular configuration employed may be based on calculations and / or experiments to determine the appropriate configuration for the particular power system employed.
図４−７に示される実施例では、板４０４、４０６は、約２００ｍｍ×１００ｍｍの寸法を有してもよく、フィン４０８は、約１００ｍｍの長さであってもよい。しかしながら、板４０４、４０６および／またはフィン４０８のサイズは、ＵＡＶ４００の特定の特性および／またはＵＡＶ４００が使用される特定の用途に依存してもよい。同様に、板４０４、４０６および／またはフィン４０８の配列および冷却システム４０２内に採用される板および／またはフィンの数も、同様に、ＵＡＶ４００の特定の特性および／またはＵＡＶ４００が使用される特定の用途に依存してもよい。 In the example shown in FIGS. 4-7, the plates 404, 406 may have dimensions of about 200 mm × 100 mm and the fins 408 may be about 100 mm long. However, the size of plates 404, 406 and / or fins 408 may depend on the particular characteristics of UAV 400 and / or the particular application in which UAV 400 is used. Similarly, the arrangement of plates 404, 406 and / or fins 408 and the number of plates and / or fins employed in cooling system 402 likewise depend on the particular characteristics of UAV 400 and / or the particular UAV 400 being used. It may depend on the application.
図５および６を参照すると、図示される実施例では、各板４０４、４０６は、板４０４、４０６の第１の表面４１２から延在するフィンの第１の群４１０（例えば、図５に示されるフィン４０８）と、板４０４、４０６の第２の表面４１６（例えば、図５に図示されないが、第１の表面４１２と対向する表面）から延在するフィンの第２の群４１４とを含む。フィンの第１の群４１０は、２つの部分群、すなわち、約５０個のフィン４０８を含む第１の部分群４１０ａと、約３５個のフィン４０８を含む第２の部分群４１０ｂとに分割される。各部分群４１０ａ、４１０ｂのフィン４０８は、行および列の行列パターンにおいて配列される。第１の部分群４１０ａのフィン４０８は、それぞれ１０個のフィン４０８の５つの行（例えば、１０×５行列）において配列され、第２の部分群４１０ｂのフィン４０８は、それぞれ７つのフィン４０８の５つの行（例えば、７×５行列）において配列される。 With reference to FIGS. 5 and 6, in the illustrated embodiment, each plate 404, 406 includes a first group of fins 410 (eg, shown in FIG. 5) extending from a first surface 412 of the plate 404, 406. Fins 408) and a second group of fins 414 extending from a second surface 416 of the plates 404, 406 (eg, a surface not shown in FIG. 5, but opposite the first surface 412). . The first group of fins 410 is divided into two sub-groups, a first sub-group 410a containing about 50 fins 408 and a second sub-group 410b containing about 35 fins 408. It The fins 408 of each subgroup 410a, 410b are arranged in a row and column matrix pattern. The fins 408 of the first sub-group 410a are arranged in 5 rows of 10 fins 408 each (eg 10 × 5 matrix), and the fins 408 of the second sub-group 410b are each of 7 fins 408. It is arranged in 5 rows (eg, a 7 × 5 matrix).
各行のフィン４０８は、相互に離間され、フィン４０８の行もまた、相互に離間される。そのような間隔は、熱が空気中に放散するために十分な周囲空間を提供するように選定されてもよい。一般に、各行のフィン４０８は、ほぼ等距離に離間される。しかしながら、いくつかの実装では、フィン４０８のうちの１つ以上のものは、その間に付加的空間を提供するために（例えば、熱伝達の有効性を最大限にするために）、相互に対して扇形構成を有してもよい。例えば、外周フィン（例えば、図５の板４０４の外縁に最も近接するフィン４０８および板４０４の中間に最も近接するフィン４０８）は、周囲空間を増加させ、熱伝達を最大限にするために、個別の部分群４１０ａ、４１０ｂの他のフィン４０８から離れるように扇形になってもよい。 The fins 408 in each row are spaced from each other and the rows of fins 408 are also spaced from each other. Such spacing may be selected to provide sufficient ambient space for heat to dissipate into the air. Generally, the fins 408 in each row are approximately equidistantly spaced. However, in some implementations, one or more of the fins 408 may be positioned relative to each other to provide additional space therebetween (eg, to maximize heat transfer effectiveness). And may have a fan configuration. For example, perimeter fins (eg, fins 408 closest to the outer edge of plate 404 and fins 408 closest to the middle of plate 404 in FIG. 5) may increase ambient space and maximize heat transfer. It may be fan shaped away from the other fins 408 of the individual subgroups 410a, 410b.
冷却システム４０２は、熱生成構成要素から離れるような熱の放散を改良することによって、マイクロハイブリッド発電機システム１００を冷却するものとして主に説明されたが、冷却システム４０２はまた、他のタイプの冷却を採用してもよい。上記に説明されるように、熱放散の速度は、マイクロハイブリッド発電機システム１００の熱生成構成要素（例えば、小型エンジン１０４）から離れた場所にフィン４０８を位置させることによって改良される。冷却システム４０２が位置付けられる特定の場所は、冷却を最大限にするように方略的に選定されてもよい。 Although the cooling system 402 was primarily described as cooling the micro-hybrid generator system 100 by improving the dissipation of heat away from the heat-producing components, the cooling system 402 may also be of other types. Cooling may be employed. As explained above, the rate of heat dissipation is improved by positioning the fins 408 away from the heat producing components of the micro-hybrid generator system 100 (eg, the small engine 104). The particular location where the cooling system 402 is located may be strategically selected to maximize cooling.
図７に図示されるように、板４０４、４０６のうちの一方または両方および対応するフィン４０８は、プロペラ４２０のうちの個別のものの実質的に下に位置してもよい。プロペラ４２０のスピンは、空気の流れ（例えば、時として、プロペラ後流と称される）を生成させる。プロペラ後流は、プロペラ４２０に対して略下向き方向に発生し、それによって、ＵＡＶ４００を空中に上昇させる対向力をもたらす。板４０４、４０６のうちの一方または両方および対応するフィン４０８を個別のプロペラ４２０の実質的に下に位置付けることによって、プロペラ４２０は、冷却システム４０２の構成要素を冷却するファンとして作用することができる。このように、ＵＡＶ４００によって本質的に生成されるプロペラ後流は、冷却目的のために利用されることができる。 As shown in FIG. 7, one or both of plates 404, 406 and corresponding fins 408 may be located substantially below individual ones of propellers 420. The spin of propeller 420 creates a flow of air (eg, sometimes referred to as propeller wake). Propeller wake occurs in a generally downward direction with respect to propeller 420, thereby providing an opposing force that raises UAV 400 into the air. By positioning one or both of the plates 404, 406 and the corresponding fins 408 substantially below the individual propellers 420, the propellers 420 can act as fans to cool the components of the cooling system 402. . In this way, the propeller wake essentially generated by UAV 400 can be utilized for cooling purposes.
冷却システム４０２の精密な位置付けは、ＵＡＶ４００の特定のプロペラ４２０の特性に依存してもよい。いくつかの実施例では、プロペラ４２０の寸法は、プロペラ後流をプロペラ４２０の真下の特定の場所に向かって集中させてもよい。いくつかの実施例では、板４０４、４０６および対応するフィン４０８は、空気流の速度が最大限にされる場所に位置付けられることができる。いくつかの実施例では、最も多くの冷却補助を要求する冷却システム４０２の構成要素、プロペラ後流から最も利益を享受し得る冷却システム４０２の構成要素等が、そのような高空気流場所に位置付けられてもよい。例えば、冷却システム４０２のフィン４０８は、（例えば、図７に示されるように）スピンするプロペラ４２０によって画定される円周の実質的に下に位置付けられてもよい。そのような場所は、最も高い程度のプロペラ後流を被り得る。フィン４０８は、フィン４０８の間の空間が放散された熱を取り除くことができるため、（例えば、そのように位置する板４０４、４０６と比較して）そのような場所に位置することから特に利益を享受し得る。 The precise positioning of the cooling system 402 may depend on the characteristics of the particular propeller 420 of the UAV 400. In some embodiments, the dimensions of propeller 420 may concentrate the propeller wake towards a particular location beneath propeller 420. In some examples, the plates 404, 406 and corresponding fins 408 can be positioned where the airflow velocity is maximized. In some embodiments, the components of cooling system 402 that require the most cooling assistance, the components of cooling system 402 that may benefit most from the propeller wake, etc., are located at such high airflow locations. May be. For example, the fins 408 of the cooling system 402 may be positioned substantially below the circumference defined by the spinning propeller 420 (eg, as shown in FIG. 7). Such locations may experience the highest degree of propeller wake. The fins 408 are particularly beneficial from their location (eg, as compared to the so-positioned plates 404, 406) because the spaces between the fins 408 can remove the dissipated heat. Can enjoy.
冷却システム４０２は、冷却がＵＡＶ４００の飛行能力および／または飛行効率に悪影響を及ぼすことなく最大限にされるように位置付けられてもよい。例えば、冷却システム４０２は、冷却性能および上昇への悪影響の好ましいバランスが達成され得る場所に位置付けられてもよい。いくつかの実装では、プロペラと個別の板４０４、４０６およびフィン４０８との間の距離は、そのようなバランスを維持するように選定されることができる。 The cooling system 402 may be positioned such that cooling is maximized without adversely affecting the flight capacity and / or flight efficiency of the UAV 400. For example, the cooling system 402 may be positioned where a favorable balance of cooling performance and adverse effects on elevation may be achieved. In some implementations, the distance between the propeller and the individual plates 404, 406 and fins 408 can be selected to maintain such balance.
図４−７に図示される冷却システム４０２は、それぞれ、複数のフィン４０８を含む２つの板４０４、４０６を有するものとして示されるが、任意の数の板が、使用されてもよい。いくつかの実装では、冷却システム４０２は、ＵＡＶ４００のプロペラ４２０の数に等しいいくつかの板を含んでもよい。例えば、冷却システム４０２は、それぞれ、複数のフィン４０８を含む６つの板を含んでもよい。 The cooling system 402 illustrated in FIGS. 4-7 is shown as having two plates 404, 406, each containing a plurality of fins 408, although any number of plates may be used. In some implementations, the cooling system 402 may include a number of plates equal to the number of propellers 420 of the UAV 400. For example, the cooling system 402 may include six plates each including a plurality of fins 408.
図示される板４０４、４０６は、実質的に類似する構成を有するものとして示される（例えば、各板４０４、４０６は、実質的に同一の構成を伴うほぼ同数のフィン４０８を有するものとして図示される）が、いくつかの実装では、種々の板４０４、４０６が、異なる板構成および／またはフィン構成を有してもよい。いくつかの実装では、冷却システム４０２は、マイクロハイブリッド発電機システム１００の他の部分に添着される付加的板およびフィン４０８を含んでもよい。比較的に少ない熱（例えば、小型エンジン１０４が生成するものよりも比較的に少ない熱）を生成する構成要素に添着される板およびフィン４０８は、特定の冷却要件に応じて構成されてもよい。例えば、付加的板が、図４−７に示される板４０４、４０６と異なる（例えば、より小さい）寸法を有してもよい、および／または異なる数の（例えば、より少ない）フィン４０８を含んでもよい。そのような付加的板およびフィン４０８の構成は、許容不可能な程度までＵＡＶ４００の効率および／または範囲に影響を及ぼすことなく、マイクロハイブリッド発電機システム１００に提供される冷却を最大限にするように選定されてもよい。 The plates 404, 406 shown are shown as having substantially similar configurations (eg, each plate 404, 406 is shown as having approximately the same number of fins 408 with substantially the same configuration). However, in some implementations, the various plates 404, 406 may have different plate and / or fin configurations. In some implementations, the cooling system 402 may include additional plates and fins 408 that are affixed to other parts of the microhybrid generator system 100. Plates and fins 408 that are affixed to components that produce less heat (eg, less heat than the miniature engine 104 produces) may be configured according to particular cooling requirements. . For example, the additional plates may have different (eg, smaller) dimensions than plates 404, 406 shown in FIGS. 4-7, and / or include a different number (eg, fewer) fins 408. But it is okay. The configuration of such additional plates and fins 408 maximizes the cooling provided to the micro-hybrid generator system 100 without unacceptably affecting the efficiency and / or range of the UAV 400. May be selected.
図８は、マイクロハイブリッド発電機システム１００の斜視図を示す。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、小型エンジン１０４と、ブリッジ整流器１０８に結合される発電機モータ１０６とを含む。 FIG. 8 shows a perspective view of the micro hybrid generator system 100. The micro-hybrid generator system 100 includes a small engine 104 and a generator motor 106 coupled to a bridge rectifier 108.
図９は、マイクロハイブリッド発電機システム１００と統合されるＵＡＶ９００の斜視図を示す。ＵＡＶ９００は、それぞれ、プロペラ９０２に結合される６つのロータモータ１１６を含むが、しかしながら、マイクロハイブリッド発電機システム１００と統合されるＵＡＶは、より多くのまたはより少ないロータモータおよびプロペラを含み得ることを理解されたい。ＵＡＶ９００は、Ｐｉｘｈａｗｋ（Ｒ）によって製造されるＰｘ４飛行コントローラを含むことができる。 FIG. 9 shows a perspective view of a UAV 900 integrated with the microhybrid generator system 100. The UAV 900 includes six rotor motors 116 each coupled to a propeller 902, however, it is understood that UAVs integrated with the microhybrid generator system 100 may include more or less rotor motors and propellers. I want to. The UAV 900 can include a Px4 flight controller manufactured by Pixhawk®.
いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、電気スタータ（図２および９の２１６）を使用して始動されてもよい。燃料源１０２が、（例えば、図３に示されるような）発電機モータ１０６に直接結合されるそのロータシャフトをスピンさせるために燃料を小型エンジン１０４に送達し、力を発電機モータ１０６に印加することができる。発電機モータ１０６のスピンは、電気を生成し、モータ発電機１０６によって生成される電力は、小型エンジン１０４のシャフトによって印加される動力に比例する。いくつかの実施例では、発電機モータ１０６の標的回転速度は、発電機モータ１０６のＫＶ（ｒｐｍ／Ｖ）に基づいて決定される。例えば、２５ボルトＤＣの標的電圧が所望される場合、発電機モータ１０６の定格は、約４００ＫＶであり得る。小型エンジン１０４の回転速度は、以下の方程式によって決定され得る。
ＲＰＭ＝ＫＶ（ＲＰＭ／ボルト）×標的電圧（ＶＤＣ） （１）
ＲＰＭ＝４００ＫＶ×２５ＶＤＣ （２）
ＲＰＭ＝１０，０００ （３）
In some examples, the mini-engine 104 may be started using an electric starter (216 in FIGS. 2 and 9). A fuel source 102 delivers fuel to a miniature engine 104 to spin its rotor shaft that is directly coupled to a generator motor 106 (eg, as shown in FIG. 3) and applies force to the generator motor 106. can do. The spin of the generator motor 106 produces electricity, and the power produced by the motor generator 106 is proportional to the power applied by the shaft of the small engine 104. In some embodiments, the target rotational speed of the generator motor 106 is determined based on the KV (rpm / V) of the generator motor 106. For example, if a target voltage of 25 volts DC is desired, the generator motor 106 rating may be about 400 KV. The rotational speed of the small engine 104 may be determined by the following equation.
RPM = KV (RPM / volt) × target voltage (VDC) (1)
RPM = 400KV × 25VDC (2)
RPM = 10,000 (3)
本実施例では、発電機モータ１０６が２５ＶＤＣ出力を生成するために、小型エンジン１０４のシャフトに結合される発電機モータ１０６のシャフトは、約１０，０００ＲＰＭにおいてスピンする必要がある。 In this example, in order for the generator motor 106 to produce a 25 VDC output, the shaft of the generator motor 106, which is coupled to the shaft of the small engine 104, needs to spin at about 10,000 RPM.
負荷（例えば、１つ以上のモータ１１６または負荷１１８、１２６、１２８、および／または１３６のうちの１つ以上のもの）が、発電機モータ１０６の出力に印加されるにつれて、マイクロハイブリッド発電機システム１００の電圧出力は、降下し、それによって、小型エンジン１０４および発電機モータ１０６の速度を低減させるであろう。いくつかの実施例では、ＥＣＵ１１２が、小型エンジン１０４のスロットルを調整し、負荷とともに変動する一貫した出力電圧を維持するように役立てるために使用されることができる。ＥＣＵ１１２は、ガソリンエンジンのための標準ガバナのものと類似する様式で作用することができるが、ＲＰＭを調整する代わりに、ＥＣＵ１１２は、閉ループフィードバックコントローラに基づいて、ブリッジ整流器および発電機モータ１０６の一方または両方の標的電圧出力を調整することができる。 As a load (eg, one or more motors 116 or one or more of loads 118, 126, 128, and / or 136) is applied to the output of the generator motor 106, a micro-hybrid generator system. The voltage output of 100 will drop, thereby reducing the speed of the small engine 104 and generator motor 106. In some embodiments, the ECU 112 can be used to help throttle the small engine 104 to help maintain a consistent output voltage that varies with load. The ECU 112 can operate in a manner similar to that of a standard governor for a gasoline engine, but instead of adjusting the RPM, the ECU 112 uses one of the bridge rectifier and generator motor 106 based on a closed loop feedback controller. Alternatively, both target voltage outputs can be adjusted.
発電機モータ１０６からの電力出力は、ブリッジ整流器１０８によって整流される必要があり得る、交流（ＡＣ）の形態であり得る。ブリッジ整流器１０８は、上記に議論されるように、ＡＣ電力を直流（ＤＣ）電力に変換することができる。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００の出力電力は、「直列ハイブリッド」構成において設置されることができ、発電機モータ１０６によって出力される発電機電力が、再充電可能バッテリ１１０を充電する、または電力を別の外部負荷に提供するために利用可能であってもよい。 The power output from the generator motor 106 may be in the form of alternating current (AC), which may need to be rectified by the bridge rectifier 108. The bridge rectifier 108 can convert AC power to direct current (DC) power, as discussed above. In some embodiments, the output power of the micro-hybrid generator system 100 can be installed in a “series hybrid” configuration, where the generator power output by the generator motor 106 drives the rechargeable battery 110. It may be available to charge or provide power to another external load.
動作時、マイクロハイブリッド発電機システム１００が機能しているとき、少なくとも２つの利用可能な電源が存在し得る。一次電源は、発電機モータ１０６から、ブリッジ整流器を通して直接であり得、二次電源は、再充電可能バッテリ１１０からであり得る。したがって、連続電力可用性および高ピーク電力可用性の組み合わせが、提供され、これは、ＵＡＶ用途またはポータブル発電機用途に対して特に非常に好適であり得る。一方の一次電源（例えば、発電機モータ１０６）が利用可能ではない場合では、システム１００は、依然として、再充電可能バッテリ１１０からの電力を使用して、短い時間周期にわたって動作し続け、それによって、ＵＡＶが緊急着陸等の安全方略を持続することを可能にすることができる。 In operation, when the micro-hybrid generator system 100 is functioning, there may be at least two available power sources. The primary power source can be directly from the generator motor 106 through the bridge rectifier and the secondary power source can be from the rechargeable battery 110. Thus, a combination of continuous power availability and high peak power availability is provided, which may be particularly well suited for UAV or portable generator applications. If one of the primary power sources (eg, generator motor 106) is not available, system 100 will still use power from rechargeable battery 110 to continue operating for a short period of time, thereby It may enable the UAV to sustain safety strategies such as emergency landing.
マイクロハイブリッド発電機システム１００がＵＡＶのために使用されるとき、以下の条件が、ＵＡＶを効果的かつ効率的に動作させるために満たされることができる。１）合計連続電力（ワット）は、ＵＡＶ飛行を持続するために要求される電力を上回り得、２）ＵＡＶ飛行を持続するために要求される電力は、車両の合計重量、ハイブリッドエンジンの合計重量、燃料の合計重量、および有効荷重の合計重量の関数であり、
合計重量（グラム）＝車両乾燥重量＋小型エンジン１０４重量＋燃料重量＋有効荷重 （４）
であり、３）車両構成および空気力学に基づいて、特定の車両が、１１の効率定格（グラム／ワット）を有し、
飛行するために要求される合計電力＝ηｘ重量（グラム） （５）
である。
When the micro-hybrid generator system 100 is used for a UAV, the following conditions can be met to operate the UAV effectively and efficiently. 1) Total continuous power (Watts) can exceed the power required to sustain UAV flight 2) Power required to sustain UAV flight is the total weight of the vehicle, the total weight of the hybrid engine , The total weight of fuel, and the total weight of payload,
Total weight (gram) = vehicle dry weight + small engine 104 weight + fuel weight + effective load (4)
3) based on vehicle configuration and aerodynamics, a particular vehicle has an efficiency rating of 11 (grams / watt),
Total power required to fly = eta x weight (grams) (5)
Is.
飛行を持続するために要求される電力が、利用可能な連続電力を上回る実施例では、利用可能な電力または合計エネルギーは、再充電可能バッテリ１１０のサイズおよび構成に基づいてもよい。再充電可能バッテリ１１０の構成は、再充電可能バッテリ１１０のセル構成、再充電可能バッテリ１１０のセル定格、および／または再充電可能バッテリ１１０の合計ｍＡｈに基づくことができる。いくつかの実施例では、６Ｓ、１６，０００ｍＡｈ、２５Ｃのバッテリパックに関して、合計エネルギーは、以下の方程式によって決定される。
合計エネルギー＝電圧×ｍＡｈ＝２５ＶＤＣ（６Ｓ）×１６，０００ｍＡｈ＝４００ワット時
（６）
ピーク電力可用性＝電圧×ｍＡｈ×Ｃ定格＝
２５ＶＤＣ×１６，０００ｍＡｈ×２５Ｃ １０，４００ワット （７）
合計ピーク時間＝４００ワット時／１０，４００ワット＝１３８．４秒 （８）
In embodiments where the power required to sustain a flight exceeds the continuous power available, the available power or total energy may be based on the size and configuration of rechargeable battery 110. The rechargeable battery 110 configuration may be based on the rechargeable battery 110 cell configuration, the rechargeable battery 110 cell rating, and / or the rechargeable battery 110 total mAh. In some embodiments, for a 6S, 16,000 mAh, 25C battery pack, the total energy is determined by the following equation.
Total energy = voltage x mAh = 25 VDC (6S) x 16,000 mAh = 400 watt hours
(6)
Peak power availability = voltage x mAh x C rating =
25VDC x 16,000mAh x 25C 10,400 watts (7)
Total peak time = 400 watt hours / 10,400 watts = 138.4 seconds (8)
さらに、いくつかの実施例では、再充電可能バッテリ１１０は、小型エンジン１０４からの一次電力故障の場合では、１３８．４秒にわたって１０，４００ワットの電力を提供することが可能であってもよい。加えて、再充電可能バッテリ１１０は、飛行のために最大１０，４００ワットの利用可能な電力を提供することが可能であってもよい、または有効荷重は、積極的な操縦のために必要とされる短い時間周期にわたって瞬間ピーク電力を必要とする。 Further, in some embodiments, rechargeable battery 110 may be capable of providing 10,400 watts of power for 138.4 seconds in the event of a primary power failure from small engine 104. . In addition, the rechargeable battery 110 may be capable of providing up to 10,400 watts of available power for flight, or payload required for aggressive maneuvers. It requires instantaneous peak power over a short period of time.
結果として、ＵＡＶに結合されているときのマイクロハイブリッド発電機システム１００は、従来のマルチロータＵＡＶよりも多い有効荷重とともに、長い時間周期にわたってＵＡＶを飛行させ、操縦するための電力を効率的かつ効果的に提供する。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、最大約２時間５分の装填（例えば、３ポンドの負荷）飛行時間および約２時間３５分の非装填飛行時間を提供することができる。さらに、燃料源が不足する、または小型エンジン１０４および／または発電機モータ１０６が誤動作する場合では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、再充電可能バッテリ１１０を使用し、ＵＡＶが安全な着陸を実施することを可能にするために十分な電力を提供することができる。いくつかの実施例では、再充電可能バッテリ１１０は、物体、または脅威、および同等物を回避するための積極的な操縦のために、瞬間ピーク電力をＵＡＶに提供することができる。 As a result, the micro-hybrid generator system 100 when coupled to a UAV efficiently and effectively powers the UAV for flight and maneuvering over a long period of time, with more payload than a conventional multi-rotor UAV. To provide. In some examples, the micro-hybrid generator system 100 can provide up to about 2 hours and 5 minutes of loaded (eg, 3 pound load) flight time and about 2 hours and 35 minutes of unloaded flight time. . Further, in the event of a lack of fuel source or a malfunction of the small engine 104 and / or the generator motor 106, the micro-hybrid generator system 100 uses a rechargeable battery 110 to allow the UAV to perform a safe landing. Sufficient power can be provided to enable that. In some embodiments, the rechargeable battery 110 may provide instantaneous peak power to the UAV for aggressive maneuvering to avoid objects or threats, and the like.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、商業用途および住宅用途の両方において使用され得る、信頼性のある、効率的、軽量、ポータブルな発電機システムを提供し、電力グリッドから離れた遠隔場所において電力を提供し、マイクログリッド発電機または超マイクログリッド発電機を提供することができる。 In some embodiments, the micro-hybrid generator system 100 provides a reliable, efficient, lightweight, portable generator system that can be used in both commercial and residential applications, away from the power grid. It is possible to provide electric power at a remote place and provide a micro grid generator or an ultra micro grid generator.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、効率的な高比エネルギー電源が要求され、燃料源が炭化水素燃料を使用可能な電力に変換するために容易に利用可能である、適用可能な用途（例えば、ロボット工学、ポータブル発電機、マイクログリッドおよび超マイクログリッド、および同等物）のために使用されることができる。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、種々の形態の再充電可能バッテリ（リチウムイオン、リチウムポリマー、リチウム硫黄）およびさらには、典型的には、従来のＵＡＶにおいて使用される燃料セル技術よりも有意にエネルギー効率的であることが示されている。 In some embodiments, the micro-hybrid generator system 100 requires an efficient, high specific energy power source and the fuel source is readily available to convert hydrocarbon fuel into usable power. It can be used for possible applications such as robotics, portable generators, microgrids and ultra-microgrids, and the like. The micro-hybrid generator system 100 is significantly more energy efficient than the various forms of rechargeable batteries (lithium ion, lithium polymer, lithium sulfur) and, typically, the fuel cell technology used in conventional UAVs. It has been shown to be efficient.
図１０は、異なるＵＡＶ電源の比エネルギーを比較するグラフを示す。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、低コストで容易に利用可能である従来のガソリンを使用し、図２の１００２に示されるように、ＵＡＶ用途のために約１，５００Ｗｈ／ｋｇの電力を提供することができる。完全にバッテリに依拠する従来のＵＡＶは、高比エネルギー燃料セル技術を使用するとき、１００４に示されるような約１，０００Ｗｈ／ｋｇ、リチウム硫黄バッテリを使用するとき、１００６に示されるような約４００Ｗｈ／ｋｇ、およびＬｉＰｏバッテリを使用するとき、１００８に示されるような約２００Ｗｈ／ｋｇの最大比エネルギーを提供することができる。 FIG. 10 shows a graph comparing the specific energies of different UAV power supplies. In some embodiments, the micro-hybrid generator system 100 uses conventional gasoline, which is readily available at low cost, and as shown at 1002 in Figure 2, approximately 1,500 Wh for UAV applications. / Kg of electric power can be provided. Conventional UAVs that rely entirely on batteries have about 1,000 Wh / kg as shown at 1004 when using high specific energy fuel cell technology and about as shown at 1006 when using a lithium sulfur battery. 400 Wh / kg, and when using a LiPo battery, can provide a maximum specific energy of about 200 Wh / kg as shown at 1008.
図１１は、ＵＡＶの市場潜在性対ＵＡＶに結合されたときのマイクロハイブリッド発電機システム１００が達成することが可能である例示的な２時間＋の飛行時間に関する飛行時間と、ＵＡＶのためのマイクロハイブリッド発電機システム１００に関する総合的市場潜在性対耐久性の実施例とのグラフ１１０４を示す。 FIG. 11 shows the market potential of a UAV vs. the flight time for an exemplary 2 hour + time of flight that the micro-hybrid generator system 100 can achieve when coupled to a UAV, and the micro for UAV. 1 shows a graph 1104 with an example of overall market potential versus durability for a hybrid generator system 100.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機電力システム１００は、ＵＡＶまたは類似するタイプの航空ロボット車両の一部として統合され、ＵＡＶの飛行を持続するための一次電源を使用して、ポータブル飛行発電機として機能し、次いで、ＵＡＶがその目的地に到達し、飛行中ではないとき、電力の一次電源として作用することができる。例えば、マイクロハイブリッド発電機電力システム１００を組み込むＵＡＶ（例えば、図９のＵＡＶ９００）が、飛行中ではないとき、マイクロハイブリッドシステムによって生成される利用可能な電力は、マイクロハイブリッド発電機システム１００がポータブル発電機として動作するように、外部負荷１１８、１２６、１２８、および／または１３６のうちの１つ以上のものに伝達されることができる。マイクロハイブリッドシステム発電機１００は、連続ピーク電力生成能力を提供し、遠隔かつ多くの場合到達することが困難な場所において電力を提供することができる。「非飛行ポータブル発電機モード」では、マイクロハイブリッドシステム１００は、利用可能な電力生成能力を、負荷１１８、１２６、１２８、および／または１３６のうちの外部の１つ以上のものに向かって迂回させることができる。電力要件に応じて、ＤＣ／ＡＣインバータ１２２、１３２のうちの１つ以上のものが、ＤＣ電圧を標準ＡＣ電力（１２０ＶＡＣまたは２４０ＶＡＣ）に変換するために使用されてもよい。 In some embodiments, the micro-hybrid generator power system 100 is integrated as part of a UAV or similar type of aero robotic vehicle and uses a primary power source to sustain the UAV's flight, making it a portable flight generator. Acting as a vehicle, it can then act as the primary source of electrical power when the UAV reaches its destination and is not in flight. For example, when a UAV incorporating the micro-hybrid generator power system 100 (eg, UAV 900 of FIG. 9) is not in flight, the available power generated by the micro-hybrid system causes the micro-hybrid generator system 100 to generate portable power. May be communicated to one or more of external loads 118, 126, 128, and / or 136 to operate as a machine. The micro-hybrid system generator 100 provides continuous peak power generation capability and can provide power at remote and often difficult to reach locations. In the "non-flying portable generator mode", the micro-hybrid system 100 diverts the available power generation capacity towards one or more of the loads 118, 126, 128, and / or 136 external to it. be able to. Depending on the power requirements, one or more of the DC / AC inverters 122, 132 may be used to convert the DC voltage into standard AC power (120 VAC or 240 VAC).
いくつかの実施例では、ＵＡＶ（例えば、図９のＵＡＶ９００）に結合されるマイクロハイブリッド発電機システム１００は、空中飛行を使用して場所から場所に横断し、着陸し、燃料を電力に変換するように発電機のスイッチをオンにすることが可能であろう。 In some embodiments, a micro-hybrid generator system 100 coupled to a UAV (eg, UAV 900 in FIG. 9) uses air flight to cross from location to location, land, and convert fuel to electricity. So it would be possible to switch on the generator.
図１２は、マイクロハイブリッド発電機システム１００を伴うＵＡＶの例示的飛行パターンを示す。図１２に示される例示的飛行パターンでは、それに結合されるマイクロハイブリッドシステム１００を伴うＵＡＶ９００は、飛行できる状態の燃料を搭載される場所Ａにおいて始動する。ＵＡＶ９００は、次いで、場所Ａから場所Ｂに進行し、場所Ｂに着陸する。ＵＡＶ９００は、次いで、マイクロハイブリッドシステム１００を使用し、場所Ｂにおけるローカル使用のための電力を生成し、それによって、ポータブル飛行発電機として作用する。電力がもはや必要とされないとき、ＵＡＶ９００は、場所Ａに戻り、次のタスクに関する命令を待機する。 FIG. 12 shows an exemplary flight pattern for a UAV with a microhybrid generator system 100. In the exemplary flight pattern shown in FIG. 12, the UAV 900 with the micro-hybrid system 100 coupled to it starts at location A, which is loaded with fuel ready for flight. UAV 900 then proceeds from location A to location B and lands at location B. The UAV 900 then uses the micro-hybrid system 100 to generate electrical power for local use at location B, thereby acting as a portable flight generator. When power is no longer needed, the UAV 900 returns to location A and awaits instructions for the next task.
いくつかの実施例では、ＵＡＶ９００は、マイクロハイブリッド発電機システム１００によって提供される電力を使用し、初期場所から遠隔場所に進行し、飛行し、着陸し、次いで、遠隔場所において電力を生成する。タスクの完了に応じて、ＵＡＶ９００は、その新しいタスクに関するコマンドを受け取る状態となる。この全ては、手動で、または自律的／自動化プロセスを通して実施されることができる。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００を伴うＵＡＶ９００は、燃料の搬送およびローカル発電機が必要とされる適用可能な用途において使用されることができる。したがって、マイクロハイブリッド発電機システム１００を伴うＵＡＶ９００は、遠隔場所に燃料および発電機の両方を搬送する必要性を排除する。マイクロハイブリッド発電機システム１００を伴うＵＡＶ９００は、飛行中であるときおよび飛行中ではないときの両方において車両に給電することが可能であり、同量の利用可能な電力を外部負荷に提供することができる。これは、いくつか例を挙げると、電力が現場における軍隊に対して必要とされる状況、発電機および燃料の輸送が厳しい人道または災害救助状況、またはもはや利用可能ではない電力に関する要求が存在する状況において有用であり得る。 In some embodiments, UAV 900 uses the power provided by micro-hybrid generator system 100 to travel from an initial location to a remote location, fly, land, and then generate power at the remote location. Upon completion of the task, the UAV 900 is ready to receive commands for the new task. All of this can be done manually or through an autonomous / automated process. In some embodiments, the UAV 900 with the micro-hybrid generator system 100 can be used in applicable applications where fuel delivery and local generators are required. Thus, the UAV 900 with the micro-hybrid generator system 100 eliminates the need to carry both fuel and generator to remote locations. The UAV 900 with the micro-hybrid generator system 100 is capable of powering vehicles both in flight and not in flight, providing the same amount of available power to external loads. it can. This may be a situation where power is needed for the military in the field, humanitarian or disaster rescue situations where transportation of generators and fuels is severe, or demand for power that is no longer available, to name a few. May be useful in the situation.
図１３は、取外可能サブシステムを伴うマイクロハイブリッド発電機システム１００に関する別のシステムの図を示す。図１４Ａは、ＵＡＶの一部として統合される取外可能サブシステムを伴うマイクロハイブリッド発電機システム１００の図を示す。図１４Ｂは、地上ロボットの一部として統合される取外可能サブシステムを伴う、マイクロハイブリッド発電機システム１００の図を示す。いくつかの実施例では、テザーライン１３０２が、マイクロハイブリッド制御システム１００のブリッジ整流器１０８および再充電可能バッテリ１１０のＤＣ出力に結合される。テザーライン１３０２は、ＤＣ電力出力をテザーコントローラ１３０４に提供することができる。テザーコントローラ１３０４は、テザーケーブル１３０６と地上または航空ロボット１３０８との間に結合される。動作時、下記にさらに詳細に議論されるように、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、本明細書に含まれる図のうちの１つ以上のものとともに上記に議論されたのと類似する出力能力を用いて、テザー上の電力を地上または航空ロボット１３０８に提供する。 FIG. 13 shows another system diagram for a micro-hybrid generator system 100 with a removable subsystem. FIG. 14A shows a diagram of a micro-hybrid generator system 100 with a removable subsystem integrated as part of the UAV. FIG. 14B shows a diagram of a micro-hybrid generator system 100 with a removable subsystem integrated as part of the ground robot. In some examples, tether line 1302 is coupled to the DC output of bridge rectifier 108 and rechargeable battery 110 of microhybrid control system 100. Tether line 1302 can provide DC power output to tether controller 1304. The tether controller 1304 is coupled between the tether cable 1306 and the ground or air robot 1308. In operation, as discussed in further detail below, the micro-hybrid generator system 100 provides output capabilities similar to those discussed above with one or more of the figures included herein. Is used to provide power on the tether to the ground or aviation robot 1308.
図１３に示されるシステムは、本システムの一部として統合される、付加的取外可能構成要素１３１０を含むことができる。例えば、本システムは、データ記憶機器１３１２、通信機器１３１４、外部負荷センサ１３１６、付加的ハードウェア１３１８、およびデータテザー１３２２を介してテザーコントローラ１３０４に結合され得る種々の多方面の機器１３２０を含むことができる。 The system shown in FIG. 13 may include additional removable components 1310 integrated as part of the system. For example, the system includes data storage device 1312, communication device 1314, external load sensor 1316, additional hardware 1318, and various versatile devices 1320 that may be coupled to tether controller 1304 via data tether 1322. You can
図１３に示されるシステムの動作のいくつかの実施例では、本システムは、飛行ロボットまたはＵＡＶ（図１４の１４０２）等の飛行ロボットまたはＵＡＶまたは地上ロボット１４０４の一部として構成されてもよい。ポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８が、場所Ａにおいてミッションを開始してもよい。サブシステムおよび地上、テザーコントローラ、地上／航空ロボット１３０８の全てまたは適用可能な組み合わせが、マイクロハイブリッド発電機システム１００によって給電されることができる。ポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８は、所望の遠隔場所Ｂまで、（例えば、マイクロハイブリッド発電機システム１００によって給電される地上ロボット１４０４を使用して）地上を進行するか、または（例えば、マイクロハイブリッド発電機システム１００によって給電される飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２を使用して）空中を進行するかのいずれかであり得る。場所Ｂにおいて、飛行ロボット１４０２または地上ロボット１４０４として構成されるポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８は、１４０６に示されるマイクロハイブリッド発電機システム１００および／または取外可能サブシステム１３１０を自律的に結合解除することができ、これは、地上ロボット１４０４または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２が動作している間、取り外されたままである。１４１２に示されるように、飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２が、場所Ｂにおいて必要とされるとき、飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２は、テザーケーブル１３０６に結合されるマイクロハイブリッド発電機システムによって提供される電力を使用して動作されることができる。飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２が、もはやマイクロハイブリッド発電機システム１００および／またはそれに取り付けられる付加的構成要素１３１０を有していないとき、これは、有意により軽く、より長い時間周期にわたって飛行することができる。いくつかの実施例では、飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２は、マイクロハイブリッド発電機システム１００によって提供される電力を使用して、離陸し、長い時間周期にわたってホバリング位置に遠隔で留まることができる。 In some examples of operation of the system shown in FIG. 13, the system may be configured as part of a flying robot or UAV or ground robot 1404, such as a flying robot or UAV (1402 in FIG. 14). Portable tethered robotic system 1408 may initiate the mission at location A. All or applicable combinations of subsystems and ground, tether controllers, ground / aviation robots 1308 can be powered by the micro-hybrid generator system 100. The portable tethering robot system 1408 travels on the ground (eg, using the ground robot 1404 powered by the micro-hybrid generator system 100) or to the desired remote location B (eg, the micro-hybrid generator). It may either travel in air (using a flying robot or UAV 1402 powered by system 100). At location B, a portable tethering robot system 1408 configured as a flying robot 1402 or a ground robot 1404 autonomously decouples the micro-hybrid generator system 100 and / or removable subsystem 1310 shown at 1406. , Which remains detached while the ground robot 1404 or flying robot or UAV 1402 is in operation. As shown at 1412, when the flying robot or UAV 1402 is needed at location B, the flying robot or UAV 1402 operates using the power provided by the micro-hybrid generator system coupled to the tether cable 1306. Can be done. When the flying robot or UAV 1402 no longer has the micro-hybrid generator system 100 and / or additional components 1310 attached to it, it is significantly lighter and can fly over longer time periods. In some examples, a flying robot or UAV 1402 may use power provided by the micro-hybrid generator system 100 to take off and remain remotely in a hovering position for a long period of time.
同様に、１４１０に示されるように、地上ロボット１４０４が、場所Ｂにおいて必要とされるとき、これは、テザーライン１３０６に結合されるマイクロハイブリッド発電機システム１００によって給電されてもよく、また、マイクロハイブリッド発電機システム１００および／またはそれに取り付けられる付加的構成要素１３１０を伴わないことで有意により軽くあり得る。地上ロボット１４０４もまた、マイクロハイブリッド発電機システム１００によって提供される電力を使用して、長い時間周期にわたって使用されることができる。 Similarly, as shown at 1410, when the ground robot 1404 is needed at location B, it may be powered by the micro-hybrid generator system 100 coupled to the tether line 1306, and also the micro It may be significantly lighter without the hybrid generator system 100 and / or additional components 1310 attached thereto. The ground robot 1404 can also be used over a long period of time using the power provided by the micro-hybrid generator system 100.
図１５は、動作時の取外可能飛行パック１５０４を伴う、地上ロボット１５０２を示す。取外可能飛行パック１５０４は、マイクロハイブリッド発電機システム１００を含む。取外可能飛行パック１５０４は、１つ以上の実施形態の地上ロボット１５０２に結合される。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、地上ロボット１５０２内に埋設される。地上ロボット１５０２は、飛行パック１５０４から取外可能である。そのような設計では、能力の大部分は、地上ロボット１５０２内の深くに埋設されてもよく、これは、飛行パック１５０４から１００％独立して動作することができる。地上ロボット１５０２が飛行パック１５０４に取り付けられると、飛行パック１５０４は、地上ロボット１５０２内に埋設されるマイクロハイブリッド発電機システム１００から給電されてもよく、飛行パック１５０４は、飛行を提供する。地上ロボット１５０２のプラットフォームは、脚車輪またはねじ山付き基部運動であり得る。 FIG. 15 shows a ground robot 1502 with a removable flight pack 1504 in operation. Removable flight pack 1504 includes micro-hybrid generator system 100. Removable flight pack 1504 is coupled to one or more embodiments of ground robot 1502. The micro hybrid generator system 100 is embedded in the ground robot 1502. The ground robot 1502 is removable from the flight pack 1504. In such a design, most of the capabilities may be embedded deep within the ground robot 1502, which may operate 100% independently of the flight pack 1504. When the ground robot 1502 is attached to the flight pack 1504, the flight pack 1504 may be powered by the micro-hybrid generator system 100 embedded within the ground robot 1502, which provides the flight. The platform of the ground robot 1502 can be a leg wheel or a threaded base motion.
いくつかの実施例では、地上ロボット１５０２は、取外可能飛行パック１５０４と、図１５に示されるようにそれに結合されるマイクロハイブリッド発電機システム１００とを含んでもよい。図示される実施例では、地上ロボット１５０２は、車輪１５０６によって示されるような車輪ベースのロボットである。本実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００は、本明細書に含まれる１つ以上の図を参照して上記に議論されるように、燃料源１０２と、小型エンジン１０４と、発電機モータ１０６と、ブリッジ整流器１０８と、再充電可能バッテリ１１０と、ＥＣＵ１１２と、随意のインバータ１２２および１３２とを含む。マイクロハイブリッド発電機システム１００はまた、好ましくは、データ記憶機器１３１２と、通信機器１３１４と、外部負荷センサ１３１６と、付加的ハードウェア１３１８と、示されるようにデータライン１３２２に結合される多方面の通信１３２０とを含む。飛行パック１５０４は、好ましくは、固定翼、単一ロータまたはマルチロータ、航空デバイス、または類似するタイプの航空デバイス等の航空ロボットプラットフォームである。 In some embodiments, ground robot 1502 may include a removable flight pack 1504 and a micro-hybrid generator system 100 coupled thereto as shown in FIG. In the illustrated example, the ground robot 1502 is a wheel-based robot as shown by wheels 1506. In this example, the micro-hybrid generator system 100 includes a fuel source 102, a small engine 104, and a generator motor 106, as discussed above with reference to one or more figures contained herein. Includes a bridge rectifier 108, a rechargeable battery 110, an ECU 112, and optional inverters 122 and 132. The micro-hybrid generator system 100 is also preferably a versatile data storage device 1312, a communication device 1314, an external load sensor 1316, additional hardware 1318, and a multi-directional device coupled to the data line 1322 as shown. Communication 1320. The flight pack 1504 is preferably an aeronautical robot platform such as a fixed wing, single or multi-rotor, aviation device, or similar type aviation device.
いくつかの実施例では、地上ロボット１５０２および航空飛行パック１５０４は、単一ユニットとして構成される。地上ロボット１５０２および飛行パック１５０４が、場所Ａから場所Ｂに飛行し得るように、電力が、マイクロハイブリッド発電機システム１００から送達され、電力を飛行パック１５０４に提供するために使用される。場所Ｂにおいて、地上ロボット１５０６は、１５０８に示されるように飛行パック１５０４から取り外され、飛行パック１５０４から独立して操縦および動作することが可能である。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、地上ロボット１５０６が飛行パック１５０４から独立して給電されることが可能であるように、地上ロボット１５０２内に埋設される。地上ミッションの完了に応じて、地上ロボット１５０２は、それ自体を飛行パック１５０４に再取り付けし、場所Ａに戻ることが可能である。上記の動作は全て、手動である、半自律的である、または完全に自律的であり得る。 In some embodiments, ground robot 1502 and air flight pack 1504 are configured as a single unit. Power is delivered from the micro-hybrid generator system 100 and used to provide power to the flight pack 1504 so that the ground robot 1502 and the flight pack 1504 can fly from location A to location B. At location B, the ground robot 1506 can be removed from the flight pack 1504, as shown at 1508, and maneuvered and operated independently of the flight pack 1504. The micro-hybrid generator system 100 is embedded within the ground robot 1502 so that the ground robot 1506 can be powered independently of the flight pack 1504. Upon completion of the ground mission, the ground robot 1502 can reattach itself to the flight pack 1504 and return to location A. All of the above operations can be manual, semi-autonomous, or fully autonomous.
いくつかの実施例では、飛行パック１５０４は、遠隔場所に横断し、地上ロボット１５０２を送達することができる。所望の場所において、飛行パック１５０４のいかなる必要性も存在し得ない。したがって、これは、地上ロボット１５０２がその有効荷重として飛行パック１５０４を搬送する必要性なくそのミッションを完了し得るように、後方に残されることができる。これは、困難かつ厳しい地形、遠隔場所を横断するために、および地上ロボット１５０２をその場所に輸送することが厳しい状況において有用であり得る。例示的用途は、遠隔地雷目的地、遠隔監視および偵察、および飛行パック１５０４が意図された目的地の近傍に着陸することができない荷物送達サービスを含んでもよい。これらの実施例では、飛行パックのための指定された安全降下区域が、使用されることができ、ローカル送達が、目的地まで地上ロボット１５０２によって完了される。 In some examples, the flight pack 1504 can traverse a remote location and deliver a ground robot 1502. There may be no need for a flight pack 1504 at the desired location. Thus, it can be left behind so that the ground robot 1502 can complete its mission without having to carry the flight pack 1504 as its payload. This may be useful in difficult and demanding terrain, to cross remote locations, and in situations where it is difficult to transport ground robot 1502 to that location. Exemplary applications may include remote mine destinations, remote monitoring and reconnaissance, and baggage delivery services in which a flight pack 1504 may not land near the intended destination. In these examples, designated safe descent areas for flight packs can be used and local delivery is completed by ground robot 1502 to the destination.
いくつかの実施例では、ミッションが完了されることに応じて、地上ロボット１４０４または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２は、マイクロハイブリッド発電機システム１００に戻るように自律的に結合されることができる。いくつかの実装では、そのような結合は、ミッションが完了されることに応じて自動的に実施される。付加的取外可能構成要素１３１０が、マイクロハイブリッド発電機システム１００に戻るように自律的に結合されることができる。飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２または地上ロボット１４０４として構成される、マイクロハイブリッド発電機システム１００を伴うポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８は、次いで、マイクロハイブリッド発電機システム１００によって提供される電力を使用して、場所Ａに戻る。 In some embodiments, depending on the mission being completed, the ground robot 1404 or the flying robot or UAV 1402 can be autonomously coupled back to the micro-hybrid generator system 100. In some implementations, such bindings are performed automatically upon completion of the mission. The additional removable component 1310 can be autonomously coupled back to the microhybrid generator system 100. The portable tethered robotic system 1408 with the micro-hybrid generator system 100, configured as a flying robot or UAV 1402 or ground robot 1404, then uses power provided by the micro-hybrid generator system 100 to place A. Return.
結果として、マイクロハイブリッド発電機システム１００を伴うポータブルテザリング式ロボットシステム１４０８は、地上ロボット１４０４または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２を遠隔場所に効率的に輸送し、地上ロボット１４０４または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０２を自動的に結合解除し、地上ロボット１４０２または飛行ロボットまたはＵＡＶ１４０４の動作時間を最大限にすることが有益であり得る場合、テザー電力を使用して、飛行ロボット１４０２または地上ロボット１４０４を効果的に動作させることが可能である。システム１４０８は、テザリング式地上または航空ロボットの重量を削減し、それによって、その電力要件を有意に低減させる際に効果的であり得る、モジュール式取外可能テザリングを提供する。これは、車両構成要素が取り付けられ、車両が運動を持続する必要がある元々の能力と比較すると、航空ロボットまたはＵＡＶまたは地上ロボットが、有意により長い時間周期にわたって動作することを可能にする。システム１４０８は、遠隔場所において発電機、ロボット、およびテザーを組み立てる必要性を排除し、したがって、時間、リソース、および費用を節約する。システム１４０８の有用な用途は、特に、遠隔感知、攻撃または守備的軍事用途および／または通信ネットワーキング、複数車両協働環境、および同等物を含んでもよい。 As a result, the portable tethering robot system 1408 with the micro-hybrid generator system 100 efficiently transports the ground robot 1404 or flying robot or UAV 1402 to a remote location and automatically couples the ground robot 1404 or flying robot or UAV 1402. Tether power can be used to effectively operate the flying robot 1402 or the ground robot 1404 when unlocked and maximizing the operating time of the ground robot 1402 or the flying robot or the UAV 1404 can be beneficial. Is. System 1408 provides a modular, removable tethering that can be effective in reducing the weight of a tethered ground or aeronautical robot, thereby significantly reducing its power requirements. This allows an aerial or UAV or ground robot to operate for a significantly longer period of time when compared to the original ability of the vehicle components to be attached and the vehicle to continue in motion. System 1408 eliminates the need to assemble generators, robots, and tethers at remote locations, thus saving time, resources, and money. Useful applications of system 1408 may include remote sensing, offensive or defensive military applications and / or communication networking, multi-vehicle collaborative environments, and the like, among others.
図１６は、マイクロハイブリッド発電機システムの制御システムを示す。マイクロハイブリッド発電機システムは、点火モジュール１６０４に結合される、発電装置１６０２を含む。点火モジュール１６０４は、物理的スパークを発電装置１６０４に提供することによって、発電装置１６０２を始動するように機能する。点火モジュール１６０４は、点火バッテリエリミネータ回路（ＩＢＥＣ）１６０６に結合される。ＩＢＥＣ１６０６は、点火モジュール１６０４に給電するように機能する。 FIG. 16 shows a control system of the micro hybrid generator system. The micro-hybrid generator system includes a power generator 1602 coupled to an ignition module 1604. The ignition module 1604 functions to start the generator 1602 by providing a physical spark to the generator 1604. The ignition module 1604 is coupled to the ignition battery eliminator circuit (IBEC) 1606. The IBEC 1606 functions to power the ignition module 1604.
発電装置１６０２は、電力を提供するように構成される。発電装置１６０２は、小型エンジンと、発電機とを含む。発電装置は、ＥＣＵ１６０８によって制御される。ＥＣＵ１６０８は、スロットルサーボを通して発電装置に結合される。ＥＣＵ１６０８は、小型エンジンのスロットルを制御するようにスロットルサーボを動作させ、発電装置１６０２に、生産される電力量を増加させるか、または減少させるかのいずれかであり得る。ＥＣＵ１６０８は、分圧器１６１０に結合される。分圧器１６１０を通して、ＥＣＵは、ＥＣＵ１６０８が生成している電力量を決定し、小型エンジンのスロットルを増加させるか、減少させるか、または一定に保つかを決定することができる。 The power generator 1602 is configured to provide electric power. The power generation device 1602 includes a small engine and a power generator. The power generator is controlled by the ECU 1608. The ECU 1608 is coupled to the power generator via the throttle servo. The ECU 1608 may operate a throttle servo to control the throttle of a small engine, causing the generator 1602 to either increase or decrease the amount of power produced. ECU 1608 is coupled to voltage divider 1610. Through the voltage divider 1610, the ECU can determine the amount of power that the ECU 1608 is generating and whether to increase, decrease, or keep constant the throttle of the small engine.
発電装置は、分電盤１６１２に結合される。分電盤１６１２は、発電装置１６０２によって生成される電力をバッテリパック１６１４および負荷／車両１６１６の一方または両方に分配することができる。分電盤１６１２は、バッテリエリミネータ回路（ＢＥＣ）１６１８に結合される。ＢＥＣ１６１８は、電力をＥＣＵ１６０８および受信機１６２０に提供する。受信機１６２０は、ＩＢＥＣ１６０６を制御し、ＩＢＥＣ１６０６に点火モジュール１６０４に給電させるように機能する。受信機１６２０はまた、発電装置１６０２の小型エンジンのスロットルを制御する際に使用される情報をＥＣＵ１６０８に送信する。受信機１６２０は、小型エンジンのスロットルのスロットル位置およびマイクロハイブリッド生成システムが動作しているモードに関連する情報をＥＣＵに送信する。 The power generator is coupled to the distribution board 1612. Distribution board 1612 may distribute the power generated by power generator 1602 to one or both of battery pack 1614 and load / vehicle 1616. The distribution board 1612 is coupled to a battery eliminator circuit (BEC) 1618. BEC 1618 provides electrical power to ECU 1608 and receiver 1620. The receiver 1620 functions to control the IBEC 1606 and cause the IBEC 1606 to power the ignition module 1604. The receiver 1620 also sends to the ECU 1608 information used in controlling the throttle of the small engine of the generator 1602. The receiver 1620 sends to the ECU information related to the throttle position of the small engine throttle and the mode in which the microhybrid generation system is operating.
図１７は、マイクロハイブリッド発電機システムを通して給電される、ドローンの上部部分１７００の上面斜視図を示す。図１３に示されるドローンの上部部分１７００は、６つのロータ１７０２−１から１７０２−６（以降、「ロータ１７０２」）を含む。ロータ１７０２は、対応するモータ１７０４−１から１７０４−６（以降、「モータ１７０４」）によってスピンさせられる。モータ１７０４は、マイクロハイブリッド発電機システムを通して給電されることができる。ドローンの上部部分１７００は、上面１７０６を含む。上面１７０６の縁は、空気抗力を低減させ、ドローンの空気力学的性能を改良するように湾曲されることができる。上面は、それを通して空気が流動し、マイクロハイブリッド発電機システムの少なくとも一部から離れるように熱を放散することを補助し得る、開口部１７０８を含む。種々の実施形態では、空気フィルタの少なくとも一部が、開口部１７０８を通して暴露される。 FIG. 17 shows a top perspective view of a drone upper portion 1700 powered through a micro-hybrid generator system. The upper portion 1700 of the drone shown in FIG. 13 includes six rotors 1702-1 to 1702-6 (hereinafter “rotor 1702”). The rotor 1702 is spun by the corresponding motors 1704-1 to 1704-6 (hereinafter "motor 1704"). The motor 1704 can be powered through the micro hybrid generator system. The upper portion 1700 of the drone includes a top surface 1706. The edges of the upper surface 1706 can be curved to reduce aerodynamic drag and improve the aerodynamic performance of the drone. The top surface includes an opening 1708 through which air may flow to help dissipate heat away from at least a portion of the microhybrid generator system. In various embodiments, at least a portion of the air filter is exposed through opening 1708.
図１８は、マイクロハイブリッド発電機システム１００を通して給電されるドローンの底部部分１８００の上面斜視図を示す。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、電力をモータ１７０４に提供するために、小型エンジン１０４と、発電機モータ１０６とを含む。ロータモータ１７０４および対応するロータ１７０２は、アーム１８０２−１から１８０２−６（以降、「アーム１８０２」）を通して、ドローンの底部部分１８００の主要本体から離れるように位置付けられる。ドローンの底部部分１８００の底部部分の外面および／またはアーム１８０２は、空気抗力を低減させ、ドローンの空気力学的性能を改良するために湾曲される縁を有することができる。 FIG. 18 shows a top perspective view of a bottom portion 1800 of a drone powered through the microhybrid generator system 100. The microhybrid generator system 100 includes a small engine 104 and a generator motor 106 to provide electric power to the motor 1704. Rotor motor 1704 and corresponding rotor 1702 are positioned away from the main body of drone bottom portion 1800 through arms 1802-1 through 1802-6 (hereinafter “arm 1802”). The outer surface of the bottom portion of the bottom portion 1800 of the drone and / or the arm 1802 can have curved edges to reduce aerodynamic drag and improve the aerodynamic performance of the drone.
図１９は、マイクロハイブリッド発電機システム１００を通して給電される、ドローンの底部部分１８００の上面図を示す。ロータモータ１７０４および対応するロータ１７０２は、アーム１８０２を通して、ドローンの底部部分１８００の主要本体から離れるように位置付けられる。ドローンの底部部分１８００の底部部分の外面および／またはアーム１８０２は、空気抗力を低減させ、ドローンの空気力学的性能を改良するために湾曲される縁を有することができる。 FIG. 19 shows a top view of a drone bottom portion 1800 powered through the micro-hybrid generator system 100. Rotor motor 1704 and corresponding rotor 1702 are positioned away from the main body of drone bottom portion 1800 through arm 1802. The outer surface of the bottom portion of the bottom portion 1800 of the drone and / or the arm 1802 can have curved edges to reduce aerodynamic drag and improve the aerodynamic performance of the drone.
図２０は、マイクロハイブリッド発電機システム１００の側面斜視図を示す。図２０に示されるマイクロハイブリッド発電機システム１００は、１．８ｋＷの電力を提供することが可能である。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、発電機モータ１０６に結合される小型エンジン１０４を含む。小型エンジン１０４は、約３馬力を提供することができる。発電機モータ１０６は、小型エンジン１０４によって生成される機械的動力を使用して、ＡＣ出力電力を生成するように機能する。 FIG. 20 shows a side perspective view of the micro hybrid generator system 100. The micro hybrid generator system 100 shown in FIG. 20 is capable of providing 1.8 kW of electric power. Micro-hybrid generator system 100 includes a small engine 104 coupled to a generator motor 106. The small engine 104 can provide about 3 horsepower. The generator motor 106 functions to generate AC output power using the mechanical power generated by the miniature engine 104.
図２１は、マイクロハイブリッド発電機システム１００の側面斜視図を示す。図２１に示されるマイクロハイブリッド発電機システム１００は、１０ｋＷの電力を提供することが可能である。マイクロハイブリッド発電機システム１００は、発電機モータに結合される小型エンジン１０４を含む。小型エンジン１０４は、約１５〜１６．５馬力を提供することができる。発電機モータは、小型エンジン１０４によって生成される機械的動力を使用して、ＡＣ出力電力を生成するように機能する。 FIG. 21 shows a side perspective view of the micro hybrid generator system 100. The micro hybrid generator system 100 shown in FIG. 21 can provide 10 kW of electric power. Micro-hybrid generator system 100 includes a small engine 104 coupled to a generator motor. The small engine 104 can provide approximately 15-16.5 horsepower. The generator motor functions to generate AC output power using the mechanical power generated by the miniature engine 104.
ＵＡＶおよびマイクロハイブリッド発電機システムのさらなる説明が、２０１５年１１月１６日に出願された米国出願第１４／９４２，６００号（その内容が、参照することによってその全体としてここに組み込まれる）に見出されることができる。 Further description of UAV and micro-hybrid generator systems is found in US Application No. 14 / 942,600, filed November 16, 2015, the contents of which are incorporated herein by reference in its entirety. Can be
いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、エンジンが高比電力で動作することを可能にする特徴を含むことができる。小型エンジン１０４は、高い電力対重量比出力を有する２ストロークエンジンであり得る。小型エンジン１０４は、エンジンが小型かつ軽く、したがって、エンジンの高い電力対重量比出力に寄与するように少数の可動部分を伴う、単純設計を具現化することができる。いくつかの実施例では、小型エンジンは、１ｋＷ／ｋｇ（キログラムあたりキロワット）の比エネルギーを有し、小型エンジンによって生成される電力の１キロワット毎に約１０ｋｇの揚力を生成してもよい。いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、ブラシレスモータであり得、これは、エンジンの高比電力の達成に寄与することができる。ブラシレスモータは、効率的かつ信頼性があり、概して、スパークしにくく、したがって、エンジンからの電磁干渉（ＥＭＩ）のリスクを低減させる。 In some examples, the miniature engine 104 can include features that allow the engine to operate at high specific power. Small engine 104 may be a two-stroke engine with high power to weight ratio output. The miniature engine 104 can embody a simple design with a small number of moving parts to contribute to the high power to weight ratio output of the engine as it is small and light. In some embodiments, the miniature engine may have a specific energy of 1 kW / kg (kilowatts per kilogram) and may generate about 10 kg of lift for every kilowatt of power produced by the miniature engine. In some embodiments, the miniature engine 104 may be a brushless motor, which may contribute to achieving high engine specific power. Brushless motors are efficient and reliable, and are generally less prone to sparking, thus reducing the risk of electromagnetic interference (EMI) from the engine.
いくつかの実施例では、小型エンジン１０４は、ＵＡＶの感受性構成要素がエンジンによって生成される振動から絶縁されることを可能にする、振動絶縁システムを介してＵＡＶ上に搭載される。ＵＡＶの感受性構成要素は、例えば、Ｐｉｘｈａｗｋ、コンパス、全地球測位システム（ＧＰＳ）、または他の構成要素等の慣性測定ユニットを含むことができる。 In some embodiments, the miniature engine 104 is mounted on the UAV via a vibration isolation system that allows sensitive components of the UAV to be isolated from the vibrations produced by the engine. Sensitive components of a UAV may include inertial measurement units such as, for example, Pixhawk, compass, Global Positioning System (GPS), or other components.
いくつかの実施例では、振動絶縁システムは、小型エンジンをＵＡＶのフレームに取り付ける、振動減衰マウントを含むことができる。振動減衰マウントは、エンジン１０４が、ＵＡＶのフレームから独立して発振することを可能にし、したがって、振動がエンジンからＵＡＶの他の構成要素に伝送されることを防止する。振動減衰マウントは、引裂きまたは断裂を伴わずに、エンジンの運動によって生成される機械的エネルギーを吸収し、したがって、機械的エネルギーがＵＡＶの残りに伝達されることを防止し得る、ゴム等のロバストなエネルギー吸収材料から形成されることができる。いくつかの実施例では、振動減衰マウントは、スペーサを用いてともに堅く継合される２つの層のゴムダンパから形成されることができる。スペーサの長さは、マウントに関する所望の堅性を達成するように調節されることができる。ゴムの硬度は、振動エネルギーを吸収するために、所望の減衰特性を達成するように調節されることができる。 In some examples, the vibration isolation system can include a vibration dampening mount that mounts the miniature engine to the frame of the UAV. The vibration dampening mount allows the engine 104 to oscillate independently of the UAV's frame, thus preventing vibrations from being transmitted from the engine to other components of the UAV. The vibration dampening mount absorbs mechanical energy produced by the motion of the engine without tearing or tearing, and thus may prevent the mechanical energy from being transferred to the rest of the UAV, such as a robust rubber. Can be formed from any energy absorbing material. In some embodiments, the vibration dampening mount can be formed from two layers of rubber dampers that are rigidly seamed together with spacers. The length of the spacer can be adjusted to achieve the desired rigidity for the mount. The hardness of the rubber can be adjusted to achieve the desired damping characteristics in order to absorb the vibrational energy.
図２２Ａを参照すると、いくつかの実施例では、小型エンジン１０４および発電機モータ１０６は、精密かつロバストな接続を通して（例えば、ウレタン結合具３０４を通して）直接結合される。特に、発電機モータ１０６は、発電機本体２２０２内に格納される発電機ロータ３０６および発電機ステータ３０８を含む。発電機ロータ３０６は、発電機軸受２２０４によって発電機本体２２０２に取り付けられる。発電機ロータ３０６は、結合具３０４を介してエンジンシャフト２０６に結合される。小型エンジン１０４と発電機モータ１０６との間の精密結合は、精密に機械加工された部分を使用し、発電機モータ１０６の回転構成要素の重量および支持を平衡させることによって達成されることができ、これは、ひいては、内部応力を低減させる。発電機ロータ３０６のエンジンシャフト２０６との整合もまた、精密結合を達成するために役立つことができる。ロータ３０６とエンジンシャフト２０６との間の不整合は、効率を低減させ、早期の故障に潜在的につながり得る不平衡を引き起こし得る。いくつかの実施例では、ロータ３０６のエンジンシャフト２０６との整合は、精密なインジケータおよび固定具を使用して達成されることができる。精密結合は、可能な範囲において、小型エンジン１０４および発電機モータ１０６を冷却することによって、外部応力を低減させることによって、および小型エンジン１０４および発電機モータ１０６を定常条件下で起動することによって維持されることができる。例えば、振動絶縁マウントは、小型エンジン１０４への外部応力が低減される、または実質的に排除されることを可能にし、精密直接結合を達成することを補助する。 With reference to FIG. 22A, in some embodiments, the miniature engine 104 and the generator motor 106 are directly coupled through a precision and robust connection (eg, through the urethane coupler 304). In particular, the generator motor 106 includes a generator rotor 306 and a generator stator 308 housed within the generator body 2202. The generator rotor 306 is attached to the generator body 2202 by a generator bearing 2204. The generator rotor 306 is coupled to the engine shaft 206 via a coupler 304. The precision coupling between the miniature engine 104 and the generator motor 106 can be achieved by using precision machined parts to balance the weight and support of the rotating components of the generator motor 106. This, in turn, reduces internal stress. Alignment of the generator rotor 306 with the engine shaft 206 can also help to achieve a precision bond. Mismatches between rotor 306 and engine shaft 206 reduce efficiency and can cause imbalances that can potentially lead to premature failure. In some examples, alignment of rotor 306 with engine shaft 206 can be achieved using precision indicators and fasteners. To the extent possible, the precision coupling is maintained by cooling the small engine 104 and generator motor 106, reducing external stress, and by starting the small engine 104 and generator motor 106 under steady-state conditions. Can be done. For example, the vibration isolation mount allows external stresses on the small engine 104 to be reduced or substantially eliminated, helping to achieve a precision direct bond.
直接結合は、第１の電力システムの信頼性に寄与することができ、これは、ひいては、マイクロハイブリッド発電機システムが、高電力において長い時間周期にわたって連続的に動作することを可能にする。加えて、直接結合は、第１の電力システムの耐久性に寄与し、したがって、多くのエンジンサイクル（例えば、数百万のエンジンサイクル）にわたってでも機械的クリープおよび疲労を低減させるように役立つことができる。いくつかの実施例では、エンジンは、振動絶縁システムによってＵＡＶのフレームから機械的に絶縁され、したがって、最小の外力を被り、したがって、エンジンと発電機モータとの間の直接結合は、内部応力のみを考慮することによって実装されることができる。 Direct coupling can contribute to the reliability of the first power system, which in turn allows the microhybrid generator system to operate continuously at high power for long time periods. In addition, the direct coupling may contribute to the durability of the first power system and thus help reduce mechanical creep and fatigue even over many engine cycles (eg, millions of engine cycles). it can. In some embodiments, the engine is mechanically isolated from the UAV's frame by a vibration isolation system, and thus experiences minimal external force, so the direct connection between the engine and the generator-motor is only internal stress. Can be implemented by considering.
小型エンジン１０４と発電機モータ１０６との間の直接結合は、第１の電力システムが、小型形状因子を有するコンパクトな軽量電力システムであることを可能にすることができる。コンパクトかつ軽量電力システムは、ＵＡＶに容易に統合されることができる。 The direct coupling between the small engine 104 and the generator motor 106 may allow the first power system to be a compact lightweight power system with a small form factor. A compact and lightweight power system can be easily integrated into a UAV.
図２２Ｂを参照すると、いくつかの実施例では、フレームレスまたは軸受レス発電機２０８が、発電機モータ１０６と小型エンジン１０４との間のウレタン結合具の代わりに使用されることができる。例えば、発電機上の軸受（図２２Ａの２２０４）は、除去されることができ、発電機ロータ３０６は、エンジンシャフト２０６に直接噛合されることができる。発電機ステータ３０８は、エンジン１１６のフレーム２１０に固定されることができる。本構成は、結合具で発電機を過剰に拘束することを防止する一方、小型形状因子および低減された重量および複雑性を提供する。 With reference to FIG. 22B, in some embodiments, a frameless or bearingless generator 208 may be used in place of the urethane bond between the generator motor 106 and the mini engine 104. For example, the bearings on the generator (2204 in FIG. 22A) can be removed and the generator rotor 306 can be directly mated to the engine shaft 206. The generator stator 308 can be fixed to the frame 210 of the engine 116. This configuration prevents over-constraining the generator with the coupler, while providing a small form factor and reduced weight and complexity.
いくつかの実施例では、発電機モータ１０６は、大きい回転慣性モーメントを提供するはずみ車を含む。大きい回転慣性は、低減されたトルクスパイクおよび平滑な電力出力をもたらし、したがって、小型エンジン１０４と発電機モータ１０６との間の結合具上の摩損を低減させ、第１の電力システムの信頼性に寄与することができる。いくつかの実施例では、発電機は、小型エンジン１０４に直接噛合されると、はずみ車として作用する。いくつかの実施例では、はずみ車は、（例えば、発電機が十分な回転慣性を提供しない場合）明確に異なる構成要素である。 In some embodiments, generator motor 106 includes a flywheel that provides a large rotational moment of inertia. The large rotational inertia results in reduced torque spikes and smooth power output, thus reducing wear on the coupling between the small engine 104 and the generator motor 106, and reducing the reliability of the first power system. Can contribute. In some embodiments, the generator acts as a flywheel when directly meshed with the small engine 104. In some embodiments, the flywheel is a distinct component (eg, if the generator does not provide sufficient rotational inertia).
いくつかの実施例では、設計基準が、小型エンジン１０４と発電機モータ１０６との間の良好な対合を提供するように設定される。モータの電力帯域は、典型的には、狭い範囲に限定される。本電力帯域は、その中で殆どの飛行条件下で動作するＲＰＭ（１分あたり回転数）範囲を識別するために使用されることができる。識別されたＲＰＭ範囲に基づいて、推進システム（例えば、ロータ）に対して適切な電圧を提供することが可能であるモータ定数（ｋＶ）を有する発電機が、選択されることができる。適切な発電機の選択は、負荷が増加するにつれて、発電機からの電圧が降下しないであろうことを確実にするために役立つ。例えば、エンジンが６，５００ＲＰＭにおいて最大電力を有し、５０Ｖシステムが推進のために所望される場合、１３０のｋＶを有する発電機が、選択されることができる。 In some embodiments, design criteria are set to provide good mating between the small engine 104 and the generator motor 106. The power band of a motor is typically limited to a narrow range. This power band can be used to identify the RPM (revolutions per minute) range within which it operates under most flight conditions. Based on the identified RPM range, a generator with a motor constant (kV) capable of providing the appropriate voltage to the propulsion system (eg, rotor) can be selected. Selection of the appropriate generator helps ensure that the voltage from the generator will not drop as the load increases. For example, if the engine has maximum power at 6,500 RPM and a 50V system is desired for propulsion, a generator with 130 kV can be selected.
いくつかの実施例では、排気パイプが、小型エンジン１０４の効率に好影響を及ぼすように設計されることができる。排気パイプは、エンジンからの排気のための膨張チャンバとしての役割を果たし、したがって、エンジンの容積効率を改良する。排気パイプの形状は、本システムの共振に基づいて、空気を燃焼チャンバの中に戻すように誘導するように調整されることができる。いくつかの実施例では、気化器もまた、温度または他のパラメータ等、エンジンの動作パラメータに基づいて調整されることができる。例えば、気化器は、エンジン内の良好な燃焼反応を達成するために、エンジンの中に所望の燃料量を許容し、したがって、標的燃料対空気比が到達されることを可能にするように調整されることができる。加えて、スロットル本体は、エンジン出力をさらに改良するために、燃料噴射および／またはタイミングを制御するように設計されることができる。 In some embodiments, the exhaust pipe may be designed to favorably affect the efficiency of the small engine 104. The exhaust pipe acts as an expansion chamber for the exhaust from the engine, thus improving the volumetric efficiency of the engine. The shape of the exhaust pipe can be adjusted to induce air back into the combustion chamber based on the resonance of the system. In some embodiments, the carburetor may also be adjusted based on engine operating parameters such as temperature or other parameters. For example, the carburetor may be adjusted to allow a desired amount of fuel in the engine to achieve a good combustion reaction in the engine, thus allowing the target fuel to air ratio to be reached. Can be done. In addition, the throttle body can be designed to control fuel injection and / or timing to further improve engine output.
いくつかの実施例では、エンジンのスロットルは、所望のエンジン性能を達成するために調整されることができる。例えば、本システムの電圧が負荷下で降下すると、スロットルは、増加され、本システムの電圧が高くなりすぎると、スロットルは、減少される。バス電圧は、調整され、フィードバック制御ループが、使用され、スロットル位置を制御することができる。いくつかの実施例では、バッテリへの電流は、バッテリの充電および推進電圧を制御する目的で監視されることができる。いくつかの実施例では、フィードフォワード制御が、エンジンが（例えば、ミッション計画に基づいて、および／またはモータによって引き込まれる負荷に基づいて）負荷の次回の変化を予測し、予測された変化をプリエンプティブに補償し得るように提供されることができる。フィードフォワード制御は、エンジンがより少ない遅れで負荷の変化に応答することを可能にすることができる。いくつかの実施例では、エンジンは、例えば、負荷を見込んで（例えば、ミッション計画における負荷予報）バッテリ寿命を最大限にする、または別の目標を最大限にするために、事前規定されたスケジュールに従ってバッテリを充電するように制御されることができる。スロットル調整は、バッテリを完全に充電された状態に保つことに役立ち、本システムが所望の電圧において起動し得ることを確実にすることに役立ち、バックアップ電力が利用可能であることを確実にすることに役立つことができる。 In some embodiments, engine throttles may be adjusted to achieve desired engine performance. For example, if the system voltage drops under load, the throttle is increased, and if the system voltage becomes too high, the throttle is decreased. The bus voltage can be regulated and a feedback control loop can be used to control throttle position. In some examples, the current to the battery can be monitored for the purpose of controlling the charging and propulsion voltage of the battery. In some embodiments, the feedforward control predicts the next change in load (eg, based on the mission plan and / or the load drawn by the motor) by the engine and preempts the predicted change. Can be provided to compensate. Feedforward control can allow the engine to respond to changes in load with less delay. In some embodiments, the engine may have a pre-defined schedule, for example, to anticipate load (eg, load forecasting in mission planning) to maximize battery life, or to maximize another goal. Can be controlled to charge the battery accordingly. Throttling helps keep the battery fully charged, helps ensure that the system can start at the desired voltage, and ensures that backup power is available. Can help you.
いくつかの実施例では、ウルトラキャパシタが、マイクロハイブリッド発電機システムが変化する電力要求に迅速に応答すること可能にするために、マイクロハイブリッド発電機システムの中に組み込まれることができる。例えば、ウルトラキャパシタは、急速な応答および平滑な信頼性のある電力が可能な軽量システムを提供するために、１つ以上の再充電可能バッテリと併用されることができる。 In some embodiments, ultracapacitors can be incorporated into the microhybrid generator system to allow the microhybrid generator system to respond quickly to changing power demands. For example, ultracapacitors can be used with one or more rechargeable batteries to provide a lightweight system capable of rapid response and smooth reliable power.
図２３は、マイクロハイブリッド発電機システムの例示的小型エンジン１０４の図を示す。本実施例では、小型エンジン１０４は、エンジン上（例えば、エンジンのシリンダヘッドのうちの１つ以上のものの上）に形成される、複数のフィン２３０２を含み、エンジンの対流表面積を増加させ、それによって、増加された熱伝達を可能にすることができる。いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システムは、構成要素をさらに冷却するために、ある構成要素が周囲空気またはＵＡＶの飛行運動によって生成される空気流に選択的に暴露されるように構成されることができる。 FIG. 23 shows a diagram of an exemplary miniature engine 104 of a microhybrid generator system. In the present example, miniature engine 104 includes a plurality of fins 2302 formed on the engine (eg, on one or more of the engine's cylinder heads) to increase the convective surface area of the engine, May allow for increased heat transfer. In some embodiments, the micro-hybrid generator system is configured such that a component is selectively exposed to ambient air or an airflow produced by the flight motion of a UAV to further cool the component. Can be done.
冷却システム（例えば、能動的冷却システムおよび受動的冷却システム）は、ＵＡＶの一部として採用されるマイクロハイブリッド発電機システムの中に組み込まれるものとして主に説明されたが、いくつかの実装では、そのような冷却システムは、他のタイプの航空車両の一部として採用されるマイクロハイブリッド発電機システムの中に組み込まれてもよい。同様に、いくつかの実装では、そのような冷却システムは、ＵＡＶに給電するために使用される他のタイプの電力システムの中に組み込まれてもよい。 Although cooling systems (eg, active cooling systems and passive cooling systems) were primarily described as being incorporated into micro-hybrid generator systems employed as part of UAVs, in some implementations, Such cooling systems may be incorporated into micro-hybrid generator systems employed as part of other types of aviation vehicles. Similarly, in some implementations, such a cooling system may be incorporated into other types of power systems used to power UAVs.
いくつかの実施例では、マイクロハイブリッド発電機システム１００および／またはＵＡＶの材料は、軽量であり得る。例えば、高強度重量比を伴う材料が、重量を削減するために使用されることができる。例示的材料は、アルミニウムまたは高強度アルミニウム合金（例えば、７０７５合金）、炭素繊維ベースの材料、または他の材料を含むことができる。構成要素設計もまた、重量削減に寄与することができる。例えば、構成要素は、構成要素のために使用される材料の堅性を増加させ、その量を削減するように設計されることができる。いくつかの実施例では、構成要素は、構成要素の機能に関連しない材料が除去され、したがって、構成要素の重量をさらに削減するように設計されることができる。 In some examples, the material of the micro-hybrid generator system 100 and / or UAV can be lightweight. For example, materials with high strength to weight ratios can be used to reduce weight. Exemplary materials can include aluminum or high strength aluminum alloys (eg, 7075 alloy), carbon fiber based materials, or other materials. Component design can also contribute to weight savings. For example, the component can be designed to increase the stiffness of the material used for the component and reduce its amount. In some examples, the component can be designed to remove material that is not related to the function of the component, thus further reducing the weight of the component.
ＵＡＶが、発電機モータに結合されるガソリン動力エンジンを含むマイクロハイブリッド発電機システムによって給電されるものとして主に説明されたが、他のタイプの電力システムもまた、使用されてもよい。いくつかの実装では、ＵＡＶは、少なくとも部分的に、ガソリンタービン等のタービンによって給電されてもよい。例えば、ガソリンタービンが、ガソリン動力エンジンの代わりに使用されることができる。ガソリンタービンは、マイクロハイブリッド発電機システムの一部として含まれる２つの別個の電力システムのうちの１つであってもよい。すなわち、マイクロハイブリッド発電機システムは、ガソリンタービンの形態における第１の電力システムと、発電機モータの形態における第２の電力システムとを含むことができる。ガソリンタービンは、発電機モータに結合されてもよい。 Although the UAV was primarily described as being powered by a micro-hybrid generator system that includes a gasoline powered engine coupled to a generator motor, other types of power systems may also be used. In some implementations, the UAV may be powered, at least in part, by a turbine, such as a gasoline turbine. For example, a gasoline turbine may be used instead of a gasoline powered engine. The gasoline turbine may be one of two separate power systems included as part of the microhybrid generator system. That is, the micro-hybrid generator system may include a first power system in the form of a gasoline turbine and a second power system in the form of a generator motor. The gasoline turbine may be coupled to the generator motor.
ガソリンタービンは、ガソリン動力エンジン（例えば、上記に説明される小型エンジン１０４）によって提供されるものよりも高いＲＰＭレベルを提供してもよい。そのようなより高いＲＰＭ能力は、第２の電力システム（例えば、上記に説明される発電機モータ１０６）が（例えば、上記に説明されるバッテリ１１０を充電するために）電気をより迅速かつ効率的に生成することを可能にし得る。 Gasoline turbines may provide higher RPM levels than those provided by gasoline-powered engines (eg, the mini-engine 104 described above). Such higher RPM capability allows the second power system (eg, the generator motor 106 described above) to generate electricity more quickly and efficiently (eg, to charge the battery 110 described above). Can be generated dynamically.
時として、燃焼タービンと称される、ガソリンタービンは、その間に燃焼チャンバを伴う下流タービンに結合される上流回転圧縮機を含んでもよい。ガソリンタービンは、大気空気が圧縮機を通して流動することを可能にし、それによって、空気の圧力を増加させるように構成されてもよい。エネルギーが、次いで、高温流を生成するために、ガソリン等の燃料を空気中に適用（例えば、噴霧）し、燃料に点火することによって追加されてもよい。高温および高圧ガス流は、次いで、タービンに進入し得、ガス流は、排気圧まで膨張し、それによって、軸仕事出力を生産することができる。タービン軸仕事は、次いで、圧縮機およびシャフトに結合され得る発電機（例えば、発電機モータ５０４）等の他のデバイスを駆動するために使用される。軸仕事のために使用されないエネルギーは、高温および高速のうちの一方または両方を有する排気ガスとして排出されることができる。ガスタービン設計の１つ以上の性質および／または寸法は、最も望ましいエネルギー形態が最大限にされるように選定されることができる。ＵＡＶとの併用の場合では、ガスタービンは、典型的には、排気ガスから、またはガスタービンに接続されるダクテッドファンから推力を生産するように最適化されるであろう。 Gasoline turbines, sometimes referred to as combustion turbines, may include an upstream rotary compressor coupled to a downstream turbine with a combustion chamber therebetween. Gasoline turbines may be configured to allow atmospheric air to flow through the compressor, thereby increasing the pressure of the air. Energy may then be added by applying (eg, spraying) a fuel such as gasoline into the air and igniting the fuel to produce a hot stream. The hot and high pressure gas streams can then enter the turbine and the gas streams can be expanded to the exhaust pressure, thereby producing shaft work output. The turbine shaft work is then used to drive other devices such as a generator and a generator (eg, generator motor 504) that may be coupled to the shaft. Energy not used for shaft work can be exhausted as exhaust gas having one or both of high temperature and high velocity. One or more properties and / or dimensions of the gas turbine design can be selected to maximize the most desirable energy form. In the case of use with a UAV, the gas turbine will typically be optimized to produce thrust from exhaust gas or from a ducted fan connected to the gas turbine.
ガソリンタービンは、部分的に、ガソリンタービンのより高いＲＰＭ能力に起因して、（例えば、ガソリン動力エンジンによって生成される熱と比較して）比較的に大量の熱を生成し得る。本明細書に説明される冷却システムは、ガソリンタービンが許容可能な温度限界を超えないことを確実にするために使用されてもよい。そのような冷却は、タービンの寿命を延長する、タービンの効率を維持する等のために、ガソリンタービンを使用する実装のために特に重要であり得る。 Gasoline turbines may generate relatively large amounts of heat (eg, as compared to heat generated by gasoline-powered engines), due in part to the gasoline engine's higher RPM capacity. The cooling system described herein may be used to ensure that the gasoline turbine does not exceed acceptable temperature limits. Such cooling may be particularly important for implementations using gasoline turbines, such as extending turbine life, maintaining turbine efficiency, and the like.
いくつかの実装では、１つ以上のタービン入口空気冷却技法もまた、ガソリンタービンの動作温度をさらに低減させるために採用されてもよい。そのような技法は、ガソリンタービンの吸気を冷却するために使用されてもよく、その直接的結果は、電力出力増強、改良されたエネルギー効率等を含むことができる。ガソリンタービンの性能、効率、生成される電力出力等は、気候条件（例えば、周囲空気および吸気の温度、密度、圧力等）に依存し得る。タービン入口空気冷却方略は、空気を改良されたガソリンタービン性能のための条件において投入するために、空気の１つ以上の特性を調節する役割を果たすことができる。そのような冷却技法は、高い周囲温度を伴う気候において特に有用であり得る。 In some implementations, one or more turbine inlet air cooling techniques may also be employed to further reduce the operating temperature of the gasoline turbine. Such techniques may be used to cool the intake of gasoline turbines, the direct results of which may include power output enhancements, improved energy efficiency, and the like. The performance, efficiency, generated power output, etc. of a gasoline turbine may depend on climatic conditions (eg ambient air and intake air temperature, density, pressure, etc.). The turbine inlet air cooling strategy can serve to regulate one or more characteristics of the air in order to inject the air in conditions for improved gasoline turbine performance. Such cooling techniques may be particularly useful in climates with high ambient temperatures.
いくつかの実装では、霧化技法が、採用されてもよい。入口空気霧化は、微細に霧状化された水（例えば、霧）を入口空気流中に噴霧することを含み得る。水は、迅速に蒸発し、それによって、空気を冷却し、タービンの電力出力を増加させる。例えば、脱塩水が、加圧され、空気入口に（例えば、１つ以上の霧ノズルを通して）注入されてもよい。脱塩水の使用は、鉱物含有量を伴う水が空気流中で蒸発した場合に起こり得る、ガソリンタービンの構成要素の汚れを防止することができる。いくつかの実装では、過剰な霧（例えば、入口空気を完全に飽和させるために要求されるものよりも多い霧）が、提供されてもよく、過剰な霧の液滴が、ガソリンタービンの圧縮機の中に搬送されることができ、それらは、蒸発し、中間冷却効果を生産し、それによって、さらなる電力増大をもたらすことができる。 In some implementations, atomization techniques may be employed. Inlet air atomization can include atomizing finely atomized water (eg, mist) into the inlet air stream. The water evaporates quickly, thereby cooling the air and increasing the power output of the turbine. For example, demineralized water may be pressurized and injected into the air inlet (eg, through one or more mist nozzles). The use of demineralized water can prevent fouling of gasoline turbine components, which can occur if water with mineral content evaporates in the air stream. In some implementations, excess mist (eg, more mist than required to fully saturate the inlet air) may be provided, and excess mist droplets may cause compression of the gasoline turbine. They can be transported into the machine where they evaporate and produce an intercooling effect, which results in further power increase.
いくつかの実装では、蒸発冷却技法が、採用されてもよい。水がヘッダ全体を通して分配され得、空気が湿潤多孔面を通過する湿潤剛性媒体（例えば、時として、蒸発冷却器と呼ばれる）が、ガソリンタービンに近接して位置付けられることができる。空気が通過するにつれて、水の一部が、蒸発し、空気から顕熱を吸収し、その相対湿度を増加させる。空気乾球温度は、減少され得る一方、湿球温度は、影響を受けない。 In some implementations, evaporative cooling techniques may be employed. Water may be distributed throughout the header and a wet rigid medium (sometimes referred to as an evaporative cooler) in which air passes through the wet porous surface may be located in proximity to the gasoline turbine. As the air passes through, some of the water evaporates, absorbing sensible heat from the air and increasing its relative humidity. The air-bulb temperature can be reduced, while the wet-bulb temperature is unaffected.
いくつかの実装では、蒸気圧縮チラーおよび蒸気吸収チラーのうちの一方または両方が、ガソリンタービンにおいて採用されてもよい。蒸気圧縮チラー技術では、冷却剤が、チル化コイル熱交換器を通して循環されることができる。液滴キャッチャが、水分および水滴を収集するために、コイルの下流に配設されることができる。機械的チラーは、気象条件にかかわらず、入口空気が湿球温度を下回ってチル化される能力に起因して、ガソリンタービンの出力電力および性能を（例えば、湿潤技術よりも）増加させることができる。いくつかの実装では、複数のチル化コイルおよび液滴キャッチャ（例えば、時として、集合的に、「チラーユニット」と称される）が、使用されることができる。 In some implementations, one or both of a vapor compression chiller and a vapor absorption chiller may be employed in a gasoline turbine. In vapor compression chiller technology, a coolant can be circulated through the chilled coil heat exchanger. A droplet catcher can be arranged downstream of the coil to collect water and water droplets. Mechanical chillers can increase gasoline turbine output power and performance (rather than, for example, wet technology) due to the ability of inlet air to be chilled below wet bulb temperature, regardless of weather conditions. it can. In some implementations, multiple chilling coils and droplet catchers (eg, sometimes collectively, referred to as a “chiller unit”) can be used.
蒸気吸収チラー技術では、熱エネルギーが、機械的エネルギーの代わりに、冷却を生産するために使用されることができる。例えば、ガソリンタービンによって生産される残りの熱は、冷却システムを駆動するための熱源としての役割を果たしてもよい。 In vapor absorption chiller technology, thermal energy can be used to produce cooling instead of mechanical energy. For example, the residual heat produced by the gasoline turbine may serve as a heat source for driving the cooling system.
いくつかの実装では、熱エネルギー貯蔵タンクが、上記に説明される冷却技法のうちの１つ以上のものと併用されてもよい。熱エネルギー貯蔵タンクは、オフピーク時間（例えば、気象条件が最適であるときの時間、最大性能および効率が必要とされないときの時間、ＵＡＶが短距離飛行に関与するときの時間等）の間に生産され得るチル化水の貯蔵を可能にしてもよい。エネルギーは、タービン入口空気をチル化し、電力出力を改良するために、オンピーク時間（例えば、気象条件が最適ではないときの時間、最大性能および効率が要求されるときの時間、ＵＡＶが比較的に長い距離を進行する必要があるときの時間等）の間等、後で使用されてもよい。例えば、ガソリンタービンからの過剰な電力は、ＵＡＶが比較的に長い行程に出発する前の暖機飛行の間にチル化水を生産するために使用されることができ、チル化水は、行程の間の性能、効率、および電力出力を改良するために、後で使用されることができる。 In some implementations, a thermal energy storage tank may be used with one or more of the cooling techniques described above. Thermal energy storage tanks are produced during off-peak hours (eg, times when weather conditions are optimal, times when maximum performance and efficiency are not needed, times when UAVs are involved in short-haul flights, etc.). It may allow storage of chilled water which may be done. Energy is used to chill turbine inlet air and improve power output, such as on-peak hours (eg, times when sub-optimal weather conditions are required, times when maximum performance and efficiency are required, UAV is relatively low). It may be used later, such as during times when it is necessary to travel long distances). For example, excess power from a gasoline turbine can be used to produce chilled water during a warm-up flight before the UAV departs for a relatively long stroke, the chilled water being Can be used later to improve performance, efficiency, and power output during.
いくつかの実装では、タービンのブレードは、比較的に低い熱を維持するように設計されてもよい、および／または１つ以上のブレード冷却技法を採用してもよい。いくつかの実施例では、タービンブレードは、耐熱材料を含んでもよい。例えば、ブレードは、耐熱材料から作製されたシェルを有してもよく、シェルは、ブレード合金で充填されてもよい。 In some implementations, turbine blades may be designed to maintain a relatively low heat and / or may employ one or more blade cooling techniques. In some embodiments, turbine blades may include refractory materials. For example, the blade may have a shell made of a refractory material and the shell may be filled with a blade alloy.
いくつかの実装では、対流冷却技法が、ブレードにおいて採用されてもよい。低温空気が、ブレードの内部の通路を通過されることができる。熱が、伝導によってブレードを通して、次いで、対流によってブレードの内側で流動する空気中に伝達される。ブレードの増加された表面積は、冷却を改良し得る。したがって、冷却経路は、蛇行し、複数の小型フィンを含んでもよい。いくつかの実装では、ブレード内の内部通路は、形状が円形または楕円形であってもよい。冷却は、そのような通路を通してハブからブレード先端に向かって空気を通過させることによって達成されることができる。冷却空気は、空気圧縮機によって提供されてもよい。 In some implementations, convection cooling techniques may be employed on the blades. Cold air can be passed through passages inside the blade. Heat is transferred by conduction through the blades and then by convection into the air flowing inside the blades. The increased surface area of the blade can improve cooling. Thus, the cooling path may be serpentine and include a plurality of small fins. In some implementations, the internal passages within the blade may be circular or oval in shape. Cooling can be achieved by passing air through the passage from the hub toward the blade tips. The cooling air may be provided by an air compressor.
いくつかの実装では、衝突冷却技法が、ブレードにおいて採用されてもよい。時として、比較的に高速を有する空気が、ブレードの内面に提供され、それによって、通常の対流冷却と比較して、より多くの熱が対流によって伝達されることを可能にし得る。衝突冷却は、最も大きい熱負荷を有するブレードの領域（例えば、前縁）において採用されてもよい。 In some implementations, impingement cooling techniques may be employed in the blade. At times, air having a relatively high velocity may be provided to the inner surface of the blade, thereby allowing more heat to be transferred by convection as compared to normal convection cooling. Impingement cooling may be employed in the region of the blade that has the highest heat load (eg, the leading edge).
いくつかの実装では、フィルム冷却技法が、ブレードにおいて採用されてもよい。ブレードは、小孔を含んでもよく、冷却空気が、そのような孔を通してブレードから圧送されてもよい。冷却空気の薄層が、次いで、ブレードの外面上に生成され、それによって、主流からの熱伝達を低減させる。空気孔は、ブレードの種々の場所に位置付けられてもよい。いくつかの実装では、空気孔は、主として、最も大きい熱負荷が典型的には見出される、ブレードの前縁に位置付けられる。 In some implementations, film cooling techniques may be employed in the blade. The blade may include small holes and cooling air may be pumped from the blade through such holes. A thin layer of cooling air is then created on the outer surface of the blade, thereby reducing heat transfer from the mainstream. Vents may be located at various locations on the blade. In some implementations, the air holes are primarily located at the leading edge of the blade, where the highest heat loads are typically found.
いくつかの実装では、冷却流出技法が、ブレードにおいて採用されてもよい。ブレードの表面は、表面上に複数の小さいオリフィスを有する多孔性材料から作製されてもよい。冷却空気は、オリフィスを通して押進され、それによって、フィルムまたは冷却境界層を生成することができる。 In some implementations, cooling outflow techniques may be employed in the blade. The surface of the blade may be made of a porous material having a plurality of small orifices on the surface. Cooling air can be forced through the orifice, thereby creating a film or cooling boundary layer.
いくつかの実装では、ピンフィン冷却技法が、ブレードにおいて採用されてもよい。ブレードは、ブレード表面上にピンフィンのアレイを含んでもよい。熱伝達が、アレイから、ブレードの側壁を通して起こることができる。冷却剤がピンフィンを横断して（例えば、高速で）流動するにつれて、空気流は、分離し、それによって、後流を生成する。そのような技法は、ブレードの狭い後縁において採用されてもよい。 In some implementations, pin fin cooling techniques may be employed in the blade. The blade may include an array of pin fins on the blade surface. Heat transfer can occur from the array through the sidewalls of the blade. As the coolant flows across the pin fins (eg, at high speeds), the air streams separate, thereby creating a wake. Such techniques may be employed at the narrow trailing edge of the blade.
いくつかの実装では、蒸散冷却技法が、ブレードにおいて採用されてもよい。そのような技法は、これがブレード上に冷却空気の薄フィルムを生成する点においてフィルム冷却と類似するが、空気が孔を通して注入されるのではなく、多孔性シェルを通して漏出される点において異なる。そのような技法は、低温空気を用いてブレード全体を均一に被覆し、これを比較的に高い温度において特に効果的にし得る。蒸散冷却を採用するブレードは、多孔性シェルを伴う剛性支柱を含んでもよい。空気は、支柱の内部チャネルを通して流動し、多孔性シェルを通過し、ブレードを冷却することができる。 In some implementations, evaporative cooling techniques may be employed in the blade. Such a technique is similar to film cooling in that it produces a thin film of cooling air on the blade, except that the air is leaked through the porous shell rather than being injected through the holes. Such a technique may use cold air to uniformly coat the entire blade, making it particularly effective at relatively high temperatures. Blades that employ evaporative cooling may include rigid struts with a porous shell. Air can flow through the internal channels of the struts, pass through the porous shell, and cool the blades.
いくつかの冷却技法が、個別に上記に説明されたが、本明細書に説明される冷却技法の任意の組み合わせが、電力システムおよび／またはＵＡＶの特定の実装のために要求されるように、電力システムに冷却を提供するために採用され得ることを理解されたい。 Although some cooling techniques have been described above individually, any combination of the cooling techniques described herein may be required for a particular implementation of a power system and / or UAV, It should be appreciated that it may be employed to provide cooling to the power system.
いくつかの実施形態が、説明された。但し、種々の修正が、本明細書に説明される主題の精神および範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解されたい。他のそのような実施形態も、以下の請求項の範囲内である。 Several embodiments have been described. However, it should be understood that various modifications can be made without departing from the spirit and scope of the subject matter described herein. Other such embodiments are also within the scope of the following claims.
Claims (16)
回転するように少なくとも１つのプロペラを駆動するように構成される少なくとも１つのロータモータと、
電力を前記少なくとも１つのロータモータに提供するように構成されるマイクロハイブリッド発電機システムであって、前記マイクロハイブリッド発電機システムは、
電力を前記少なくとも１つのロータモータに提供するように構成される再充電可能バッテリと、
機械的動力を生成するように構成される小型エンジンと、
前記小型エンジンに結合され、前記小型エンジンによって生成される前記機械的動力から電力を生成するように構成される発電機モータと
を備える、マイクロハイブリッド発電機システムと、
前記マイクロハイブリッド発電機システムに結合するように構成される冷却システムであって、前記冷却システムは、
１つ以上の板と、
前記１つ以上の板のそれぞれから延在する複数のフィンと
を備える、冷却システムと
備え、
前記冷却システムは、前記マイクロハイブリッド発電機システムから熱を放散するように構成される、無人航空車両。 An unmanned aerial vehicle,
At least one rotor motor configured to drive at least one propeller to rotate;
A micro-hybrid generator system configured to provide electrical power to the at least one rotor motor, the micro-hybrid generator system comprising:
A rechargeable battery configured to provide power to the at least one rotor motor;
A small engine configured to generate mechanical power;
A micro-hybrid generator system coupled to the small engine and configured to generate electrical power from the mechanical power generated by the small engine;
A cooling system configured to couple to the micro-hybrid generator system, the cooling system comprising:
One or more boards,
A plurality of fins extending from each of the one or more plates;
An unmanned aerial vehicle, wherein the cooling system is configured to dissipate heat from the microhybrid generator system.
無人航空車両のプロペラの回転を駆動するように構成されるロータモータに電気エネルギーを提供するようにハイブリッドエネルギー生成システムを動作させることであって、
前記ハイブリッド電気エネルギー生成システムのエンジン内で機械的エネルギーを生成することと、
前記ハイブリッドエネルギー生成システムの発電機内で、前記機械的エネルギーを電気エネルギーに変換することと、
前記発電機によって生産された前記電気エネルギーの少なくとも一部を前記ハイブリッドエネルギー生成システムの再充電可能バッテリに提供することと、
（ｉ）前記発電機によって生産された前記電気エネルギーの少なくとも一部を前記ハイブリッドエネルギー生成システムのロータモータに提供することおよび（ｉｉ）前記ハイブリッドエネルギー生成システムの再充電可能バッテリからの電気エネルギーを前記ロータモータに提供することのうちの１つ以上と
を含む、ことと
冷却システムへの熱の放散によって前記ハイブリッドエネルギー生成を冷却することであって、前記冷却システムは、
１つ以上の板と、
前記１つ以上の板のそれぞれから延在する複数のフィンと
を備える、ことと
を含む、方法。 Method,
Operating a hybrid energy generation system to provide electrical energy to a rotor motor configured to drive the rotation of a propeller of an unmanned aerial vehicle,
Producing mechanical energy in the engine of the hybrid electrical energy production system;
Converting the mechanical energy into electrical energy in a generator of the hybrid energy generation system;
Providing at least a portion of the electrical energy produced by the generator to a rechargeable battery of the hybrid energy generation system;
(I) providing at least a portion of the electrical energy produced by the generator to a rotor motor of the hybrid energy production system, and (ii) electrical energy from a rechargeable battery of the hybrid energy production system to the rotor motor. And cooling the hybrid energy generation by dissipating heat to a cooling system, the cooling system comprising:
One or more boards,
And a plurality of fins extending from each of the one or more plates.
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